बिजली की मोटर के लिए आवृत्ति कनवर्टर

आवृत्ति कन्वर्टर्स का उपयोग करने के तकनीकी पहलू

आजकल, अधिकांश इलेक्ट्रिक ड्राइव में इंडक्शन मोटर मुख्य उपकरण बन गया है। तेजी से, एक आवृत्ति कनवर्टर का उपयोग नियंत्रण के लिए किया जाता है - पीडब्लूएम विनियमन के साथ एक इन्वर्टर। इस तरह के नियंत्रण से कई फायदे मिलते हैं, लेकिन कुछ तकनीकी समाधान चुनते समय कुछ समस्याएं भी पैदा होती हैं। आइए उन्हें और विस्तार से समझने की कोशिश करते हैं।

आवृत्ति कन्वर्टर्स का उपकरण

शक्तिशाली हाई-वोल्टेज ट्रांजिस्टर IGBT मॉड्यूल की एक विस्तृत श्रृंखला के विकास और उत्पादन ने डिजिटल सिग्नल द्वारा सीधे नियंत्रित मल्टीफ़ेज़ पावर स्विच को लागू करना संभव बना दिया है। प्रोग्रामेबल कंप्यूटिंग सुविधाओं ने सिग्नल प्रदान करने वाले स्विच इनपुट पर संख्यात्मक अनुक्रम उत्पन्न करना संभव बना दिया अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स की आवृत्ति नियंत्रण... बड़े कंप्यूटिंग संसाधनों के साथ सिंगल-चिप माइक्रोकंट्रोलर्स के विकास और बड़े पैमाने पर उत्पादन ने डिजिटल नियंत्रकों के साथ सर्वो ड्राइव में संक्रमण को संभव बनाया।

पावर फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स, एक नियम के रूप में, शक्तिशाली डायोड या पावर ट्रांजिस्टर के आधार पर एक रेक्टिफायर वाली योजना के अनुसार कार्यान्वित किए जाते हैं और डायोड (चित्र 1) द्वारा शंट किए गए IGBT ट्रांजिस्टर पर आधारित एक इन्वर्टर (नियंत्रित स्विच)।

चावल। 1. फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर सर्किट

इनपुट चरण आपूर्ति किए गए साइनसोइडल ग्रिड वोल्टेज को ठीक करता है, जो एक आगमनात्मक-कैपेसिटिव फिल्टर के साथ चिकना करने के बाद, नियंत्रित इन्वर्टर के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो एक संकेत उत्पन्न करता है पल्स मॉड्यूलेशन, जो स्टेटर वाइंडिंग में साइनसोइडल धाराओं को उन मापदंडों के साथ उत्पन्न करता है जो इलेक्ट्रिक मोटर के आवश्यक ऑपरेटिंग मोड प्रदान करते हैं।

पावर कन्वर्टर का डिजिटल नियंत्रण माइक्रोप्रोसेसर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाता है जो हाथ में लिए गए कार्यों के अनुरूप होता है। कंप्यूटिंग इकाई वास्तविक समय में 52 मॉड्यूल के लिए नियंत्रण संकेत उत्पन्न करती है और ड्राइव के संचालन को नियंत्रित करने वाली माप प्रणालियों से संकेतों को भी संसाधित करती है।

बिजली की आपूर्ति और नियंत्रण कंप्यूटर एक संरचनात्मक रूप से डिज़ाइन किए गए औद्योगिक उत्पाद में संयुक्त होते हैं जिन्हें आवृत्ति कनवर्टर कहा जाता है।

औद्योगिक उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले दो मुख्य प्रकार के फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स हैं:

• विशिष्ट प्रकार के उपकरणों के लिए मालिकाना कन्वर्टर्स।

• यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स को यूज़र-डिफ़ाइंड मोड में AM ऑपरेशन के मल्टीफ़ंक्शनल कंट्रोल के लिए डिज़ाइन किया गया है।

दर्ज की गई जानकारी को इंगित करने के लिए एक स्क्रीन से लैस नियंत्रण कक्ष का उपयोग करके आवृत्ति कनवर्टर के ऑपरेटिंग मोड को सेट और प्रबंधित किया जा सकता है।सरल अदिश आवृत्ति नियंत्रण के लिए, आप नियंत्रक की फ़ैक्टरी सेटिंग्स और अंतर्निहित PID नियंत्रक में उपलब्ध सरल तर्क कार्यों के एक सेट का उपयोग कर सकते हैं।

प्रतिक्रिया संवेदक संकेतों का उपयोग करके अधिक जटिल नियंत्रण मोड को लागू करने के लिए, एक एसीएस संरचना और एक एल्गोरिदम विकसित करना आवश्यक है जिसे एक कनेक्टेड बाहरी कंप्यूटर का उपयोग करके प्रोग्राम किया जाए।

अधिकांश निर्माता आवृत्ति कन्वर्टर्स की एक श्रृंखला का उत्पादन करते हैं जो इनपुट और आउटपुट विद्युत विशेषताओं, शक्ति, डिज़ाइन और अन्य पैरामीटर में भिन्न होते हैं। बाहरी उपकरणों (मुख्य, मोटर) से जुड़ने के लिए अतिरिक्त बाहरी तत्वों का उपयोग किया जा सकता है: चुंबकीय शुरुआत, ट्रांसफार्मर, चोक।

नियंत्रण संकेतों के प्रकार

विभिन्न प्रकार के संकेतों के बीच अंतर करना और प्रत्येक के लिए एक अलग केबल का उपयोग करना आवश्यक है। विभिन्न प्रकार के संकेत एक दूसरे को प्रभावित कर सकते हैं। व्यवहार में, यह पृथक्करण सामान्य है, उदाहरण के लिए एक केबल से दाबानुकूलित संवेदक सीधे आवृत्ति कनवर्टर से जोड़ा जा सकता है।

अंजीर में। 2 विभिन्न सर्किट और नियंत्रण संकेतों की उपस्थिति में आवृत्ति कनवर्टर को जोड़ने का अनुशंसित तरीका दिखाता है।

चावल। 2. आवृत्ति कनवर्टर के पावर सर्किट और नियंत्रण सर्किट को जोड़ने का एक उदाहरण

निम्नलिखित प्रकार के संकेतों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

• एनालॉग - वोल्टेज या करंट सिग्नल (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), जिसका मान धीरे-धीरे या शायद ही कभी बदलता है, आमतौर पर ये नियंत्रण या माप संकेत होते हैं;

• असतत वोल्टेज या वर्तमान संकेत (0 … 10 वी, 0/4 … 20 एमए), जो केवल दो शायद ही कभी बदलते मान (उच्च या निम्न) ले सकते हैं;

• डिजिटल (डेटा) - वोल्टेज सिग्नल (0 … 5 वी, 0 … 10 वी) जो जल्दी और उच्च आवृत्ति के साथ बदलते हैं, आमतौर पर ये पोर्ट RS232, RS485, आदि से सिग्नल होते हैं;

• रिले - रिले संपर्क (0 … 220 वी एसी) में जुड़े लोड (बाहरी रिले, लैंप, वाल्व, ब्रेक, आदि) के आधार पर आगमनात्मक धाराएं शामिल हो सकती हैं।

आवृत्ति कनवर्टर बिजली चयन

आवृत्ति कनवर्टर की शक्ति का चयन करते समय, न केवल विद्युत मोटर की शक्ति पर भरोसा करना आवश्यक है, बल्कि कनवर्टर और मोटर के नाममात्र धाराओं और वोल्टेज पर भी भरोसा करना आवश्यक है। तथ्य यह है कि आवृत्ति कनवर्टर की निर्दिष्ट शक्ति केवल मानक अनुप्रयोगों में मानक 4-पोल अतुल्यकालिक मोटर के साथ इसके संचालन को संदर्भित करती है।

वास्तविक उपकरणों के कई पहलू होते हैं जो डिवाइस पर वर्तमान लोड को बढ़ा सकते हैं, उदाहरण के लिए स्टार्टअप के दौरान। सिद्धांत रूप में, फ़्रीक्वेंसी ड्राइव का उपयोग करने से आप सॉफ्ट स्टार्ट के कारण करंट और मैकेनिकल लोड को कम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, शुरुआती करंट को रेटेड करंट के 600% से घटाकर 100-150% कर दिया जाता है।

कम स्पीड में ड्राइव करें

यह याद रखना चाहिए कि यद्यपि आवृत्ति कनवर्टर आसानी से 10: 1 गति विनियमन प्रदान करता है जब मोटर कम गति पर चल रही होती है, तो अपने स्वयं के पंखे की शक्ति पर्याप्त नहीं हो सकती है। इंजन के तापमान की निगरानी करें और मजबूर वेंटिलेशन प्रदान करें।

विद्युत चुम्बकीय संगतता

चूँकि फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर उच्च-फ़्रीक्वेंसी हार्मोनिक्स का एक शक्तिशाली स्रोत है, मोटरों को जोड़ने के लिए न्यूनतम लंबाई की एक परिरक्षित केबल का उपयोग किया जाना चाहिए। ऐसी केबल अन्य केबलों से कम से कम 100 मिमी की दूरी पर रखी जानी चाहिए।यह क्रॉस-परीक्षा को कम करता है। अगर केबल को क्रॉस करना हो तो क्रॉसिंग 90 डिग्री के कोण पर किया जाता है।

यह एक आपातकालीन जनरेटर द्वारा संचालित है

फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर द्वारा प्रदान की जाने वाली सॉफ्ट स्टार्ट जनरेटर की आवश्यक शक्ति को कम करने की अनुमति देती है। चूंकि इस तरह की शुरुआत से करंट 4-6 गुना कम हो जाता है, तो जनरेटर की शक्ति को समान संख्या में कम किया जा सकता है। लेकिन आवृत्ति ड्राइव के रिले आउटपुट द्वारा नियंत्रित जनरेटर और ड्राइव के बीच एक संपर्ककर्ता अभी भी स्थापित होना चाहिए। यह फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर को खतरनाक ओवरवॉल्टेज से बचाता है।

एकल-चरण नेटवर्क से तीन-चरण कनवर्टर की आपूर्ति

तीन-चरण आवृत्ति कन्वर्टर्स को एकल-चरण नेटवर्क से संचालित किया जा सकता है, लेकिन उनका आउटपुट करंट रेटेड के 50% से अधिक नहीं होना चाहिए।

ऊर्जा और पैसा बचाएं

बचत कई कारणों से आती है। पहला, वृद्धि के कारण कोसाइन फाई 0.98 के मान के लिए, अर्थात उपयोगी कार्य करने के लिए अधिकतम शक्ति का उपयोग किया जाता है, न्यूनतम बर्बाद किया जाता है। दूसरा, इसके करीब गुणांक सभी इंजन ऑपरेटिंग मोड में प्राप्त किया जाता है।

फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर के बिना, कम लोड पर अतुल्यकालिक मोटर्स में 0.3-0.4 का कोसाइन phi होता है। तीसरा, अतिरिक्त यांत्रिक समायोजन (डैम्पर्स, थ्रॉटल, वाल्व, ब्रेक, आदि) की कोई आवश्यकता नहीं है, सब कुछ इलेक्ट्रॉनिक रूप से किया जाता है। इस तरह के नियंत्रण उपकरण से 50% तक की बचत हो सकती है।

एकाधिक उपकरणों को सिंक करें

फ़्रीक्वेंसी ड्राइव को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त इनपुट के कारण, कन्वेयर प्रक्रियाओं को सिंक्रनाइज़ करना संभव है या दूसरों के आधार पर कुछ मूल्यों में परिवर्तन के अनुपात को सेट करना संभव है।उदाहरण के लिए, मशीन की धुरी गति को कटर की फ़ीड दर पर निर्भर करने के लिए। प्रक्रिया को अनुकूलित किया जाएगा क्योंकि जैसे ही कटर लोड बढ़ता है, फीड कम हो जाएगा और इसके विपरीत।

उच्च हार्मोनिक्स के खिलाफ नेटवर्क सुरक्षा

अतिरिक्त सुरक्षा के लिए, शॉर्ट शील्ड केबल्स के अलावा, लाइन चोक और बाईपास कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है। गला घोंटनाइसके अलावा, यह चालू होने पर करंट को सीमित करता है।

सही सुरक्षा वर्ग चुनना

फ़्रीक्वेंसी ड्राइव के सुचारू संचालन के लिए विश्वसनीय ताप अपव्यय आवश्यक है। यदि उच्च सुरक्षा वर्गों का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए IP 54 और उच्चतर, तो इस तरह की गर्मी अपव्यय को प्राप्त करना कठिन या महंगा है। इसलिए, उच्च स्तर की सुरक्षा के साथ एक अलग कैबिनेट का उपयोग करना संभव है, जहां निम्न वर्ग के मॉड्यूल स्थापित किए जा सकते हैं और सामान्य वेंटिलेशन और कूलिंग किया जा सकता है।

एक आवृत्ति कनवर्टर के लिए इलेक्ट्रिक मोटर्स का समानांतर कनेक्शन

लागत कम करने के लिए, कई इलेक्ट्रिक मोटरों को नियंत्रित करने के लिए एक आवृत्ति कनवर्टर का उपयोग किया जा सकता है। इसकी शक्ति को सभी इलेक्ट्रिक मोटर्स की कुल शक्ति के 10-15% के अंतर से चुना जाना चाहिए। ऐसा करने में, मोटर केबलों की लंबाई को कम करना आवश्यक है और मोटर चोक स्थापित करना अत्यधिक वांछनीय है।

अधिकांश फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स फ़्रीक्वेंसी ड्राइव के चलने के दौरान मोटरों को बंद करने या संपर्ककर्ताओं के माध्यम से कनेक्ट करने की अनुमति नहीं देते हैं। यह डिवाइस पर स्टॉप कमांड के जरिए ही किया जाता है।

नियंत्रण समारोह सेटिंग

इलेक्ट्रिक ड्राइव के अधिकतम प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए, जैसे: पावर फैक्टर, दक्षता, अधिभार क्षमता, विनियमन चिकनाई, स्थायित्व, ऑपरेटिंग आवृत्ति में परिवर्तन और आवृत्ति के आउटपुट वोल्टेज के बीच अनुपात को सही ढंग से चुनना आवश्यक है। कनवर्टर।

वोल्टेज परिवर्तन समारोह लोड के टोक़ चरित्र पर निर्भर करता है। निरंतर टोक़ पर, मोटर स्टेटर वोल्टेज को आवृत्ति (स्केलर नियंत्रण यू / एफ = कास्ट) के अनुपात में नियंत्रित किया जाना चाहिए। एक पंखे के लिए, उदाहरण के लिए, एक अन्य अनुपात U / F * F = const है। यदि हम आवृत्ति को 2 गुना बढ़ाते हैं, तो वोल्टेज 4 (वेक्टर नियंत्रण) से बढ़ना चाहिए। अधिक जटिल नियंत्रण कार्यों वाले उपकरण हैं।

एक आवृत्ति परिवर्तक के साथ एक चर गति ड्राइव का उपयोग करने के लाभ

दक्षता बढ़ाने और ऊर्जा बचाने के अलावा, ऐसी इलेक्ट्रिक ड्राइव आपको नए ड्राइविंग गुण प्राप्त करने की अनुमति देती है। यह अतिरिक्त यांत्रिक उपकरणों की अस्वीकृति में परिलक्षित होता है जो नुकसान पैदा करते हैं और सिस्टम की विश्वसनीयता को कम करते हैं: ब्रेक, सदमे अवशोषक, थ्रॉटल, वाल्व, नियंत्रण वाल्व आदि। ब्रेक लगाना, उदाहरण के लिए, मोटर के स्टेटर में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को उलट कर किया जा सकता है। आवृत्ति और वोल्टेज के बीच केवल कार्यात्मक संबंध को बदलकर, हम यांत्रिकी में कुछ भी बदले बिना एक अलग ड्राइव प्राप्त करते हैं।

दस्तावेज़ पढ़ना

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यद्यपि आवृत्ति कन्वर्टर्स एक दूसरे के समान हैं, और एक में महारत हासिल करने के बाद, दूसरे से निपटना आसान है, हालांकि, दस्तावेज़ीकरण को ध्यान से पढ़ना आवश्यक है। कुछ निर्माता अपने उत्पादों के उपयोग पर प्रतिबंध लगाते हैं और यदि इनका उल्लंघन किया जाता है, तो वे उत्पाद को वारंटी से हटा देते हैं।

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