Что такое схема привода ППН: принцип работы, виды и применение

В мире много фабрик и заводов, которые используют различные типы двигателей большой мощности. Из-за высокого энергопотребления фабрики и заводы в конечном итоге оплачивают большие счета за электроэнергию. Чтобы преодолеть высокое энергопотребление и повысить эффективность, четыре десятилетия назад был представлен частотно-регулируемый привод, но его схема была недостаточно мощной.

VFD - это краткая форма частотно- регулируемого привода или преобразователя частоты. Частота определяет число оборотов двигателя, и, контролируя частоту переменного тока, можно управлять числом оборотов двигателя. На рынке электроники и электротехники доступны различные типы частотно-регулируемых приводов - от небольших двигателей до асинхронных двигателей большой мощности. Помимо трехфазных частотно-регулируемых приводов, также доступны однофазные частотно-регулируемые приводы.

Цепь ЧРП и ее работа

Схема ЧРП состоит из трех частей.

1. Выпрямительная секция

2. Раздел фильтра

3. Секция переключения или инвертора.

На изображении ниже три раздела показаны внутри блок-схемы. Это основная принципиальная блок-схема трехфазного частотно-регулируемого привода.

Выпрямительная секция цепи ЧРП

В выпрямительной секции используется 6 диодов. Диоды D1, D2 и D3 подключены к положительной шине, а диоды D4, D5 и D6 подключены к отрицательной шине. Эти 6 диодов действуют как диодный мост, который преобразует трехфазный сигнал переменного тока в одну шину постоянного тока. Трехфазные R, B и Y подключены через диод. В зависимости от полярности синусоидальной волны диоды смещаются в прямом или обратном направлении, обеспечивая положительный или отрицательный импульс как на положительной, так и на отрицательной шине.

Чтобы узнать больше о том, как работает выпрямитель, просто перейдите по ссылке.

Секция фильтра цепи ЧРП

Как мы знаем, стандартные выпрямительные диоды преобразуют только сигнал переменного тока в постоянный, но выходной сигнал постоянного тока недостаточно гладкий, потому что с ним также связаны частотно-зависимые пульсации переменного тока. Для устранения пульсаций переменного тока и обеспечения плавного выхода постоянного тока требуются какие-то фильтры для подавления пульсаций. Стандартным компонентом фильтра является использование больших конденсаторов и катушек индуктивности различного типа. В секции фильтра в основном конденсатор отфильтровывает пульсации переменного тока и обеспечивает плавный выход постоянного тока.

В некоторых случаях для уменьшения входных шумов переменного тока и гармоник также используются другие типы фильтров.

Секция переключения или инвертора цепи ЧРП

Секция переключения или инвертора преобразует постоянный ток в переменный. В этом разделе используются различные типы электронных переключателей, от мощных транзисторов до IGBT или MOSFET. Выключатели быстро включаются или выключаются, и нагрузка получает пульсирующее напряжение, очень похожее на переменное. Выходная частота пропорциональна скорости переключения. Высокая частота переключения обеспечивает высокочастотный выход, тогда как низкая частота переключения обеспечивает низкочастотный выход.

Различные типы VFD

В зависимости от того, как VFD преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока и выполняет выпрямление, на рынке доступны другие типы VFD.

Основными тремя типами VFD являются VSI , CSI и PWM .

ЧРП типа VSI

VSI расшифровывается как инвертор источника напряжения. Это наиболее распространенный тип частотно-регулируемого драйвера. В этом типе частотно-регулируемых приводов простой диодный мост используется для преобразования сигнала переменного тока в постоянный, а конденсатор используется для хранения энергии. Схема переключения инвертора использует накопленную в конденсаторе энергию и обеспечивает выходной сигнал.

Преимущество

1. Имеет хороший диапазон скоростей.

2. Устройство управления несколькими двигателями. К одному ЧРП типа VSI можно подключить несколько двигателей.

3. простой дизайн.

4. Это рентабельно с точки зрения производства и установки.

Недостатки

1. Должен к синхронному эффекту, лицо нагрузки двигателя рывков во время запуска и остановки ситуации.

2. Выход обеспечивает различные типы гармоник и шумов.

3. Если скорость двигателя регулируется или скорость уменьшается, общий коэффициент мощности в значительной степени ухудшается, что приводит к низкому коэффициенту мощности.

ЧРП типа CSI

CSI означает инвертор источника тока. ПЧ типа VSI спроектированы таким образом, что они могут обеспечивать плавное выходное напряжение в зависимости от диапазона переменной частоты, но в ЧРП типа CSI конструкция зависит от тока, а не от напряжения. Кроме того, в случае CSI вместо диодного мостового выпрямителя используется мостовой преобразователь SCR. Выходная энергия фильтруется с использованием последовательных катушек индуктивности в качестве альтернативы конденсаторам для плавного выхода тока. ЧРП типа CSI действуют так же, как и генератор постоянного тока. Вместо прямоугольной волны напряжения частотно-регулируемые преобразователи типа CSI могут обеспечивать прямоугольную волну тока.

Преимущество

1. Надежные частотно-регулируемые приводы типа VSI.

2. Поддержка асинхронных двигателей более высокой мощности, где VSI не является подходящим выбором.

3. простой дизайн.

4. Хорошие возможности регенерации.

Недостатки

1. Общий коэффициент мощности низкий, особенно на низких оборотах.

2. Имеется эффект заедания, который может вызвать вибрацию вала двигателя во время работы.

3. Он не подходит для работы с несколькими двигателями в отношении VSI.

ЧРП типа ШИМ

Это улучшенная и модифицированная версия VFD типа VSI. PWM означает широтно-импульсную модуляцию. Используя технику ШИМ, частотно-регулируемые преобразователи могут обеспечивать стабильное выходное напряжение, поддерживаемое с определенным соотношением частот. В конструкции используется диодный мост для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока. Схема переключения регулирует рабочий цикл в переменном частотном диапазоне. Дополнительный регулятор используется для регулирования выхода ШИМ для обеспечения стабильного и правильного напряжения и тока нагрузки.

Преимущество

1. Нет засорения или рывков.

2. Широкий диапазон скорости и управления.

3. Состоит из различных схем защиты.

4. постоянный коэффициент мощности.

5. обеспечить очень высокую эффективность.

6. энергоэффективность.

Недостатки

1. сложный в дизайне.

2. Сложность в плане реализации.

3. Требуется дополнительное оборудование.

4. Генерация звукового шума в цепи драйвера.

5.Дорогое решение.

Как выбрать VFD для моего приложения?

Чтобы выбрать подходящий частотно-регулируемый привод для конкретного приложения, требуется хорошее понимание нагрузки. Различные типы двигателей создают разные типы крутящего момента. В некоторых приложениях необходим постоянный крутящий момент, тогда как в других приложениях крутящий момент необходимо контролировать. Кроме того, нагрузка на двигатель является определяющим фактором спецификации двигателя, в основном номинальной мощности.

Чтобы выбрать подходящий частотно-регулируемый привод для надлежащего применения, нам необходимо оценить или принять во внимание следующие моменты.

1. Мощность мотора.

2. Стоимость

3. Условия эксплуатации частотно-регулируемого привода и двигателей.

4. Однофазный или трехфазный

5. Одиночный частотно-регулируемый привод с одним двигателем или один частотно-регулируемый привод с несколькими двигателями.

6. Требования к дополнительным функциям управления

Преимущества ЧРП

Существует множество причин, по которым VFD является популярным выбором для потребителей, где другие контроллеры легко доступны. Наиболее важная причина популярности ЧРП - низкое энергопотребление и стоимость начальной настройки. ЧРП предлагают высокую эффективность с точки зрения энергопотребления по сравнению с любыми контроллерами в том же сегменте. Благодаря этому, в случае крупных заводов и заводов, где требуются двигатели большей мощности, частотно-регулируемый привод обеспечивает низкое энергопотребление, таким образом снижая сумму счета за электроэнергию и обеспечивая возможности экономии.

ЧРП ограничивает пусковой ток во время пуска и останова двигателя, что также снижает бросковую нагрузку в линии питания, а также обеспечивает запас прочности для дорогостоящих двигателей.

Помимо перечисленных выше преимуществ, ЧРП может снизить стоимость обслуживания системы. Никаких дополнительных дорогостоящих электрических подключений и операций управления не требуется. Существуют варианты подключения нескольких двигателей, которыми можно управлять с помощью одного частотно-регулируемого привода, что дополнительно снижает затраты на установку системы.

Недостатки ЧРП

Однако, несмотря на указанные выше преимущества, система VFD также имеет ряд недостатков. Основным недостатком системы VFD является первоначальная инвестиция в установку. Для завода или завода, где необходимо управлять несколькими двигателями большой мощности с помощью частотно-регулируемых приводов, требуются большие инвестиции.

Кроме того, частотно-регулируемый привод вызывает нагрев двигателя и требует специальной конструкции двигателя. Конструкция требует специальных типов изоляции двигателя, а также двигателей, которые должны быть указаны для применений с номиналом инвертора.

Другой серьезный недостаток частотно-регулируемого привода состоит в том, что линия питания основного источника сильно искажена, искажая гармоники. Из-за этого другие устройства, подключенные к той же линии электропередачи, также испытывают затруднения в рабочем состоянии.

Однако развитие современной полупроводниковой промышленности значительно улучшило конструкцию современных систем частотно-регулируемого привода. До эры твердотельных устройств роторные машины были основным компонентом, используемым для изготовления частотно-регулируемых приводов. В современную эпоху микропроцессоров частотно-регулируемые приводы оснащены всеми видами защиты, такими как защита от пониженного и перенапряжения, защита от тепловой перегрузки и т. Д., С соответствующими средствами управления. Применение двигателя в промышленности отвечает за 25% мирового потребления электроэнергии, которое можно эффективно контролировать с помощью частотно-регулируемых приводов.