Освоение этих 35 концепций инверторов может поднять ваш опыт на впечатляющий уровень!
Освоение этих 35 концепций инверторов может поднять ваш опыт на впечатляющий уровень!
Термин VFD (привод с регулируемой частотой) для инвертора отражает его функцию управления двигателями переменного тока путем регулирования частоты и амплитуды источника питания. В Азии, особенно в Китае и Южной Корее, термин VVVF (преобразователь частоты с переменным напряжением) использовался из-за влияния Японии. VVVF означает переменное напряжение и переменную частоту, что означает регулировку как напряжения, так и частоты, а CVCF (постоянное напряжение и постоянная частота) означает фиксированное напряжение и частоту.
Источники питания подразделяются на переменный и постоянный ток. Большая часть мощности постоянного тока получается из переменного тока путем преобразования, выпрямления и фильтрации. Мощность переменного тока составляет примерно 95% всей потребляемой мощности, при этом однофазная и трехфазная мощность переменного тока соответствует определенным стандартам напряжения и частоты в разных странах. Например, в материковом Китае однофазный переменный ток составляет 220 В, а трехфазный переменный ток — 380 В, оба с частотой 50 Гц. Инвертор преобразует мощность переменного тока с фиксированным напряжением и частотой в мощность переменного тока с переменным напряжением или частотой. Этот процесс включает в себя преобразование переменного тока в постоянный, а затем преобразование постоянного тока обратно в переменный, причем последний процесс специально называется «инверсией». Устройства, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток фиксированной частоты и напряжения, называются инверторами, а устройства, которые позволяют регулировать частоту и напряжение, называются приводами переменной частоты.
Инверторы выдают моделирующие синусоидальные волны, которые в основном используются для управления скоростью трехфазных асинхронных двигателей и также известны как регуляторы скорости с переменной частотой. Для приложений, требующих высококачественных сигналов, таких как испытательное оборудование в приборостроении, форма сигнала уточняется для получения стандартной синусоидальной волны, и такие устройства называются источниками питания с регулируемой частотой. Источники питания с регулируемой частотой обычно в 15–20 раз дороже приводов с регулируемой частотой. Основным компонентом, ответственным за генерирование переменного напряжения или частоты в инверторном оборудовании, является «инвертор», поэтому продукт называется «инвертор». Инверторы также используются в бытовой технике, такой как кондиционеры и люминесцентные лампы. В приложениях управления двигателями инверторы могут регулировать как напряжение, так и частоту, тогда как инверторы, используемые для люминесцентных ламп, в основном регулируют частоту источника питания. Устройства в автомобилях, которые преобразуют энергию аккумулятора (постоянного тока) в переменный ток, также продаются под названием «инверторы». Принцип работы инверторов широко применяется в различных областях, например, в источниках питания компьютеров, где инверторы подавляют обратное напряжение, колебания частоты и мгновенные отключения электроэнергии.
Что такое инвертор?
Инвертор — это устройство, которое преобразует мощность сетевой частоты в другую частоту, используя переключающее действие силовых полупроводниковых приборов. Он состоит из двух основных цепей: основной цепи (модуль выпрямителя, электролитического конденсатора и инверторного модуля) и цепи управления (плата импульсного источника питания и плата управления). ЦП установлен на плате управления, в ЦП запрограммировано рабочее программное обеспечение инвертора. Программное обеспечение для одной и той же модели инвертора, как правило, фиксированное, за исключением инвертора Sanjing, программное обеспечение которого можно настраивать в зависимости от требований использования.
В чем разница между PWM и PAM?
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) регулирует ширину импульсов в последовательности импульсов в соответствии с определенным шаблоном для регулирования выходного сигнала и формы сигнала. PAM (импульсно-амплитудная модуляция) регулирует амплитуду импульсов в последовательности импульсов для регулирования выходного сигнала и формы сигнала.
В чем разница между инверторами напряжения и тока?
Основную схему инвертора можно условно разделить на два типа: инверторы напряжения преобразуют источник постоянного напряжения в переменный ток, используя конденсаторы для фильтрации цепи постоянного тока, а инверторы тока преобразуют источник постоянного тока в переменный ток, используя катушки индуктивности для фильтрации цепи постоянного тока.
Почему напряжение и частота инвертора изменяются пропорционально?
Крутящий момент асинхронного двигателя создается за счет взаимодействия магнитного потока и тока ротора. При номинальной частоте, если напряжение остается постоянным, а частота снижается, магнитный поток может стать чрезмерным, что приведет к насыщению магнитной цепи и потенциальному повреждению двигателя. Следовательно, напряжение и частота должны изменяться пропорционально. Этот метод управления обычно используется в энергосберегающих инверторах для вентиляторов и насосов.
Когда асинхронный двигатель приводится в движение напряжением сети и падением напряжения, ток увеличивается. Для двигателей с инверторным приводом, если напряжение уменьшается при уменьшении частоты, увеличивается ли ток?
Когда частота уменьшается (низкая скорость), ток увеличивается для поддержания той же выходной мощности. Однако в условиях постоянного крутящего момента ток остается относительно стабильным.
Каковы пусковой ток и крутящий момент при работе двигателя с инвертором?
При использовании инвертора по мере ускорения двигателя частота и напряжение соответственно увеличиваются, ограничивая пусковой ток ниже 150 % номинального тока (от 125 % до 200 % в зависимости от модели). Прямой онлайн-пуск с использованием питающей сети приводит к тому, что пусковые токи в шесть-семь раз превышают номинальный ток, вызывая механическое и электрическое напряжение. Двигатели с инверторным приводом запускаются плавно (с увеличенным временем пуска), с пусковым током в 1,2–1,5 раза превышающим номинальный ток и пусковым моментом от 70 до 120 % номинального крутящего момента. Для инверторов с автоматическим увеличением крутящего момента пусковой момент превышает 100 %, что обеспечивает запуск с полной нагрузкой.
Что такое режим V/f?
Когда частота уменьшается, напряжение V также пропорционально уменьшается. Пропорциональное соотношение между V и f определяется на основе характеристик двигателя и обычно хранится в памяти контроллера (ПЗУ). Некоторые характеристики можно выбрать с помощью переключателей или потенциометров.
Как изменяется крутящий момент двигателя, если V и f регулируются пропорционально?
Если напряжение уменьшается пропорционально частоте, тенденция к уменьшению крутящего момента на низких скоростях возникает из-за уменьшения импеданса переменного тока и неизменного сопротивления постоянному току. Для компенсации и достижения достаточного пускового момента на низких частотах необходимо немного увеличить выходное напряжение. Эта компенсация, известная как увеличение крутящего момента, может быть достигнута различными методами, включая автоматическую регулировку, выбор режима V/f или настройки потенциометра.
Если в руководстве указан диапазон скоростей 60–6 Гц (10:1), означает ли это, что выходная мощность не будет ниже 6 Гц?
Мощность по-прежнему может выдаваться на частоте ниже 6 Гц. Однако, учитывая повышение температуры двигателя и пусковой момент, минимальная рабочая частота устанавливается около 6 Гц, чтобы избежать чрезмерного нагрева при сохранении номинального выходного крутящего момента. Фактическая выходная частота (пусковая частота) инвертора зависит от модели и обычно находится в диапазоне от 0,5 Гц до 3 Гц.
Можно ли поддерживать постоянный крутящий момент при стандартной комбинации двигателей с частотой выше 60 Гц?
Как правило, это невозможно. Выше 60 Гц (или 50 Гц в некоторых режимах) напряжение остается постоянным, что приводит к примерно постоянным характеристикам мощности. Когда на высоких скоростях требуется постоянный крутящий момент, необходим тщательный выбор мощности двигателя и преобразователя.
Что такое разомкнутое управление?
Когда на двигателе установлен датчик скорости (PG) и фактическая скорость передается обратно на устройство управления для регулирования, это называется управлением с «замкнутым контуром». Работа без обратной связи с PG называется управлением «разомкнутым контуром». Инверторы общего назначения обычно используют управление с разомкнутым контуром, хотя некоторые модели в качестве опции предлагают обратную связь с PG. Бездатчиковое управление скоростью с обратной связью оценивает фактическую скорость двигателя на основе математической модели потока, эффективно формируя систему управления с обратной связью с виртуальным датчиком скорости.
Что происходит при несоответствии фактической и заданной скорости?
При управлении с разомкнутым контуром, даже если преобразователь выдает заданную частоту, скорость двигателя может изменяться в пределах номинального диапазона скольжения (от 1% до 5%) под нагрузкой. Для приложений, требующих высокой точности регулирования скорости и работы на скорости, близкой к заданной, несмотря на изменения нагрузки, можно использовать инверторы с обратной связью PG (доступны как опция).
Можно ли повысить точность скорости с помощью двигателя с обратной связью PG?
Инверторы с обратной связью PG обеспечивают повышенную точность скорости. Однако фактическая точность скорости зависит от точности PG и разрешения выходной частоты инвертора.
Что такое функция предотвращения остановки?
Если заданное время ускорения слишком короткое, выходная частота инвертора может измениться намного быстрее, чем скорость двигателя (электрическая угловая частота), что приведет к перегрузке по току и отключению инвертора, что приведет к остановке работы. Это называется задержкой. Чтобы предотвратить остановку и поддерживать работу двигателя, инвертор контролирует ток и регулирует частоту. Если во время ускорения ток становится чрезмерным, скорость ускорения снижается. То же самое относится и к замедлению. Вместе эти механизмы составляют противостопорную функцию.
Каково значение инверторов, которые позволяют раздельно настраивать время разгона и торможения по сравнению сте, которые используют общую настройку?
Инверторы, которые допускают отдельные настройки времени ускорения и замедления, подходят для применений, требующих кратковременного ускорения и постепенного замедления, или для небольших станков со строгими требованиями к производственному ритму. Напротив, для таких приложений, как приводы вентиляторов, где время разгона и торможения велико, подходит общая настройка времени разгона и торможения.
Что такое рекуперативное торможение?
Когда во время работы двигателя командная частота снижается, двигатель переходит в режим асинхронного генератора и действует как тормоз. Этот процесс известен как рекуперативное (электрическое) торможение.
Можно ли добиться большей тормозной силы?
Энергия, рекуперированная двигателем, сохраняется в конденсаторе фильтра инвертора. Из-за ограничений емкости конденсатора и номинального напряжения сила рекуперативного торможения в инверторах общего назначения составляет примерно от 10% до 20% номинального крутящего момента. При использовании дополнительных тормозных устройств это значение можно увеличить от 50% до 100%.
Каковы защитные функции инвертора?
Защитные функции можно разделить на следующие группы:
(1) Автоматическое исправление аномальных условий, таких как предотвращение останова из-за перегрузки по току и предотвращение останова из-за рекуперативного перенапряжения.
(2) Блокировка сигналов управления ШИМ для питания полупроводников при обнаружении отклонений, что приводит к автоматической остановке двигателя. Примеры включают отключение из-за перегрузки по току, рекуперативное отключение из-за перенапряжения, защиту полупроводникового охлаждающего вентилятора от перегрева и мгновенную защиту от сбоя питания.
Почему защитная функция инвертора активируется при использовании муфты для постоянной нагрузки?
Когда муфта подключает нагрузку, двигатель быстро переходит из состояния холостого хода в область повышенного проскальзывания. Возникающий в результате высокий ток приводит к отключению инвертора из-за перегрузки по току, что приводит к остановке работы.
Почему инвертор останавливается во время работы, когда на том же объекте запускаются большие двигатели?
Во время запуска двигателя пусковой ток соответствует мощности двигателя, что приводит к падению напряжения на стороне статора трансформатора. Для больших двигателей это падение напряжения может существенно повлиять на другое оборудование, подключенное к тому же трансформатору. Инвертор может ошибочно интерпретировать это как пониженное напряжение или мгновенную потерю мощности, активируя свою защитную функцию (IPE) и вызывая его остановку.
Что такое разрешение инвертора и почему оно важно?
Для инверторов с цифровым управлением, даже если задание частоты представляет собой аналоговый сигнал, выходная частота обеспечивается дискретными шагами. Наименьшая единица этих шагов называется разрешением инвертора. Обычно разрешение инвертора находится в диапазоне от 0,015 Гц до 0,5 Гц. Например, при разрешении 0,5 Гц частоты выше 23 Гц можно настроить на 23,5 Гц или 24,0 Гц, что приведет к работе шагового двигателя. Это может быть проблематично для таких приложений, как управление непрерывной обмоткой. В таких случаях разрешение около 0,015 Гц гарантирует, что для четырехполюсного двигателя каждый шаг соответствует менее 1 об/мин, что обеспечивает достаточную адаптивность. Некоторые модели инверторов различают разрешение команды и разрешение выхода.
Существуют ли какие-либо ограничения на направление установки инвертора?
При проектировании инвертора учитывается эффективность охлаждения внутренних компонентов и задней панели. Ориентация устройства имеет решающее значение для вентиляции. Для панельных или настенных инверторов блочного типа рекомендуется вертикальная установка в продольном положении.
Возможно ли напрямую подключить двигатель к преобразователю фиксированной частоты без использования устройства плавного пуска?
На очень низких частотах это возможно. Однако если заданная частота высока, условия напоминают прямой пуск в режиме онлайн с питанием на частоте сети. Это может привести к чрезмерному пусковому току (в шесть-семь раз превышающему номинальный ток), а поскольку инвертор сработает для защиты от перегрузки по току, двигатель не запустится.
Какие меры предосторожности следует соблюдать при эксплуатации двигателя с частотой выше 60 Гц?
При работе на частоте выше 60 Гц учитывайте следующее:
(1) Убедитесь, что механическое и сопутствующее оборудование выдерживает работу на таких скоростях (механическая прочность, шум, вибрация и т. д.).
(2) Двигатель переходит в диапазон постоянной выходной мощности, и его выходной крутящий момент должен выдерживать рабочую нагрузку (для вентиляторов и насосов выходная мощность на валу увеличивается пропорционально кубу скорости, поэтому даже небольшое увеличение скорости требует внимания).
(3) Это может повлиять на срок службы подшипников, и его следует тщательно учитывать.
(4) Для двигателей средней и большой мощности, особенно двухполюсных, проконсультируйтесь с производителем перед эксплуатацией на частоте выше 60 Гц.
Могут ли инверторы управлять мотор-редукторами?
В зависимости от конструкции редуктора и метода смазки необходимо учитывать несколько факторов. Обычно конструкции зубчатых передач выдерживают максимум 70–80 Гц. При масляной смазке продолжительная работа на низкой скорости может привести к повреждению шестерен.
Могут ли инверторы управлять однофазными двигателями? Могут ли они работать от однофазной сети?
Как правило, это неосуществимо. Для однофазных двигателей с регуляторами скорости или механизмами пуска с помощью переключателя снижение скорости ниже рабочей точки может привести к перегреву вспомогательной обмотки. Для типов с конденсаторным пуском или конденсаторной работой может произойти взрыв конденсатора. Инверторам обычно требуется трехфазное питание, хотя некоторые модели небольшой мощности могут работать и от однофазного источника питания.
Сколько энергии потребляет инвертор?
Потребляемая мощность зависит от модели инвертора, рабочего состояния и частоты использования. Точные значения указать сложно. Однако эффективность инвертора ниже 60 Гц составляет примерно от 94% до 96%, что можно использовать для оценки потерь. Для инверторов со встроенным рекуперативным торможением (например, серии FR-K) учет тормозных потерь увеличивает энергопотребление, и этот фактор следует учитывать при проектировании панели управления.
Почему не может осуществляться непрерывная работа во всем диапазоне 6–60 Гц?
В большинстве двигателей для охлаждения используются внешние вентиляторы на валу или лопасти на концевом кольце ротора. Пониженная скорость снижает эффективность охлаждения, не позволяя двигателю выдерживать такое же выделение тепла, как на высоких скоростях. Чтобы решить эту проблему, уменьшите момент нагрузки на низкой скорости, используйте комбинацию инвертора и двигателя большей мощности или используйте специальный двигатель.
Какие меры предосторожности следует соблюдать при использовании двигателя с тормозом?
Цепь возбуждения тормоза должна получать питание со стороны входа инвертора. Если тормоз сработает, когда инвертор выдает мощность, перегрузка по току может привести к отключению. Поэтому убедитесь, что тормоз активируется только после того, как инвертор перестанет выдавать мощность.
Почему двигатель не запускается при использовании инвертора для управления двигателем с конденсаторами повышения коэффициента мощности?
Ток инвертора течет в конденсаторы повышения коэффициента мощности. Зарядный ток может вызвать перегрузку по току (OCT) в инверторе, предотвращая запуск. Чтобы решить эту проблему, удалите конденсаторы и включите двигатель. Для повышения коэффициента мощности эффективна установка реактора переменного тока на входной стороне инвертора.
Каков срок службы инвертора?
Хотя инверторы являются статическими устройствами, они содержат расходные компоненты, такие как фильтрующие конденсаторы и охлаждающие вентиляторы. При регулярном обслуживании этих деталей инвертор может прослужить более десяти лет.
Как ориентирован охлаждающий вентилятор в инверторе и что произойдет, если он выйдет из строя?
В некоторых инверторах небольшой мощности отсутствуют охлаждающие вентиляторы. В моделях с вентиляторами поток воздуха обычно направлен снизу вверх. При установке инвертора избегайте размещения оборудования, препятствующего забору и выпуску воздуха, над и под устройством. Не располагайте термочувствительные компоненты над инвертором. Защита от отказа вентилятора осуществляется путем обнаружения остановки вентилятора или перегрева охлаждающего вентилятора.
Как определить срок службы конденсаторов фильтров?
Конденсаторы фильтров, используемые в качестве конденсаторов, со временем постепенно теряют свою электростатическую емкость. Регулярно измеряйте электростатическую емкость и считайте, что срок службы конденсатора истек, когда он достигает 85% номинальной емкости.
Существуют ли какие-либо ограничения на направление установки инвертора?
Инверторы обычно размещаются внутри панелей. Однако полностью закрытые панели громоздки, занимают много места и дороги. Меры по смягчению последствий включают в себя:
(1) Проектирование панелей для необходимого охлаждения реального оборудования.
(2) Увеличение площади охлаждения с использованием алюминиевых радиаторов, ребер и охлаждающих агентов.
(3) Использование тепловых трубок.
Кроме того, разработаны модели инверторов с открытой задней стороной.
Как выбрать мощность инвертора, чтобы увеличить скорость конвейерной ленты до 80 Гц?
Потребляемая мощность конвейерных лент пропорциональна скорости. Для работы на частоте 80 Гц мощность инвертора и двигателя должна быть увеличена пропорционально частоте 80/50 Гц, т. е. увеличение мощности на 60%.
Меры предосторожности при обслуживании и проверке:
(1) После отключения входного питания подождите не менее 5 минут перед началом проверки (убедитесь, что светодиод индикатора зарядки погас), чтобы избежать поражения электрическим током.
(2) Техническое обслуживание, проверка и замена компонентов должны выполняться квалифицированным персоналом. Перед началом работы снимите все металлические предметы (часы, браслеты и т. д.) и используйте изолированные инструменты.
(3) Не модифицируйте инвертор произвольно, чтобы предотвратить поражение электрическим током и повреждение изделия.
(4) Перед обслуживанием инвертора проверьте входное напряжение. Подключение источника питания 380В к инвертору класса 220В может привести к повреждению (взрыв конденсатора, варистора, модуля и т.п.).
Инверторы, состоящие в основном из полупроводниковых элементов, требуют ежедневного осмотра для защиты от неблагоприятных условий эксплуатации, таких как температура, влажность, пыль и вибрация, а также для предотвращения неисправностей, возникающих из-за ограничения срока службы компонентов.
Предметы проверки:
(1) Ежедневная проверка: убедитесь, что инвертор работает должным образом. Используйте вольтметр для проверки входного и выходного напряжения во время работы инвертора.
(2) Периодическая проверка: проверяйте все зоны, доступные только при выключенном инверторе.
(3) Замена компонентов. Срок службы компонентов во многом зависит от условий установки.