Ein Frequenzumrichter ist ein Leistungselektronikgerät, das mithilfe von Frequenzumwandlung und Mikroelektronik einen Wechselstrommotor durch Änderung seiner Betriebsfrequenz steuert. OUKE erläutert in diesem Artikel die Funktion und das Funktionsprinzip des Umrichters und hofft, den Lesern damit einen hohen Informationswert zu bieten.
Wie funktioniert der Wechselrichter?
Der Wechselrichter besteht im Wesentlichen aus Gleichrichter (AC/DC), Filter, Wechselrichter (DC/AC), Bremseinheit, Antriebseinheit, Detektionseinheit und Mikroprozessoreinheit. Er nutzt interne IGBTs zur Anpassung von Ausgangsspannung und -frequenz an den Bedarf des Motors, um die benötigte Versorgungsspannung bereitzustellen und so Energie zu sparen und die Drehzahl zu regeln. Darüber hinaus verfügt der Wechselrichter über zahlreiche Schutzfunktionen wie Überstrom-, Überspannungs- und Überlastschutz. Mit der zunehmenden industriellen Automatisierung findet der Frequenzumrichter immer breitere Anwendung.
Wenn der Wechselrichter arbeitet, steuert die Steuereinheit den Hauptstromkreis, die Gleichrichtereinheit wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um, glättet diesen anschließend und wandelt ihn schließlich wieder in steuerbaren Wechselstrom um. Durch diese Abfolge von Prozessen lässt sich die Drehzahl des Motors bedarfsgerecht anpassen und die benötigte Strommenge präzise abführen, um Energieverschwendung zu vermeiden.
Betrachten wir nun den Ausdruck für die synchrone Drehzahl eines Wechselstrommotors:
n=60f(1-s)/p(1)
In diesem Ausdruck
n: Drehzahl des Asynchronmotors;
f: Frequenz des Asynchronmotors;
s: Motorschlupf;
p: Anzahl der Motorpole.
Aus dieser Formel lässt sich erkennen, dass Drehzahl und Frequenz proportional zueinander sind und die Motordrehzahl durch Ändern der Frequenz angepasst werden kann. Bei einer Frequenz von 0–50 Hz bietet die Drehzahl einen großen Einstellbereich. statischer Frequenzumrichter Durch die Anpassung der Netzfrequenz des Motors kann die Drehzahl geregelt werden. Diese Drehzahlregelungsmethode zeichnet sich durch hohe Effizienz, gute Leistung und insbesondere durch ihre Eignung aus.
Funktionsweise des Frequenzumrichters:
1. Der Energiespareffekt des Frequenzumrichters
Einer der größten Vorteile von Frequenzumrichtern ist die Energieeinsparung, die sich besonders in der Lüfterpumpenindustrie zeigt. Da der Stromverbrauch einer Lüfterpumpe proportional zur dritten Potenz ihrer Drehzahl ist, lässt sich durch die Frequenzumwandlung und die damit verbundene Drehzahlreduzierung Energie sparen, wenn der externe Wind- oder Wasserdruck gering ist. Das Prinzip der Energieeinsparung ist in anderen Branchen im Wesentlichen dasselbe: Die Motordrehzahl wird reduziert, wenn der Betrieb mit voller Leistung nicht erforderlich ist.
2. Rolle der Vereinfachung des Wechselrichter-Steuerungssystems
Die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz ermöglicht einen Start bei Stillstand und eine gleichmäßige Beschleunigung gemäß den Anforderungen des Anwenders. Die Beschleunigungskurve ist wählbar (lineare, S-förmige oder automatische Beschleunigung). Die Betriebsdrehzahl lässt sich jederzeit nach Bedarf anpassen und schnell an den jeweiligen Prozess anpassen. Die Steuerung kann auch über eine SPS oder andere Regler erfolgen.
3. der Sanftanlaufeffekt des Frequenzumrichters
Wenn die CNC-Servomotor Wird der Motor direkt mit Netzfrequenz gestartet, erzeugt er den 7- bis 8-fachen Nennstrom. Dieser erhöhte Strom führt zu einer stärkeren elektrischen Belastung der Motorwicklung und Wärmeentwicklung, was die Lebensdauer des Umrichters verkürzt. Die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter kann bei Nulldrehzahl und Nullspannung erfolgen (gegebenenfalls mit zusätzlicher Drehmomentanhebung).
4. Einfluss der einstellbaren Drehmomentbegrenzung des Wechselrichters
Nach der Drehzahlregelung mittels Frequenzumwandlung kann die entsprechende Drehmomentbegrenzung eingestellt werden, um die Maschine vor Beschädigung zu schützen und so den Prozessablauf und die Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten. Die moderne Frequenzumwandlungstechnologie ermöglicht nicht nur die Einstellung der Drehmomentbegrenzung, sondern auch eine Drehmomentregelungsgenauigkeit von ca. 3 % bis 5 %. Im Netzfrequenzbetrieb kann der Motor lediglich durch Strommessung oder thermischen Schutz gesteuert werden und lässt sich nicht wie bei der Frequenzumwandlungsregelung durch Voreinstellung eines exakten Drehmomentwerts betreiben.
5. Die Rolle des Frequenzumrichters bei der Reduzierung von mechanischem Verschleiß und Verlusten
Beim Anfahren mit Netzfrequenz erzeugen der Motor oder die angeschlossenen mechanischen Teile der Welle oder des Getriebes starke Vibrationen. Diese Vibrationen verstärken den mechanischen Verschleiß und reduzieren die Lebensdauer der mechanischen Komponenten und des Motors. Bei der Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter kann der Stoppmodus gesteuert werden. Es stehen verschiedene Stoppmodi zur Auswahl (Verzögerungsstopp, Freilaufstopp, Verzögerungsstoppstopp + Gleichstrombremsung). Dadurch werden die mechanischen Teile und der Motor geschont, was die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht und dessen Lebensdauer verlängert. Gleichzeitig wird die Systemstabilität verbessert.
In diesem Artikel OUKE Dies kann Ihnen lediglich ein grundlegendes Verständnis des Wechselrichters vermitteln. Ich hoffe, es wird Ihnen dennoch von Nutzen sein. Um die Fachkenntnisse zu verbessern, ist es wichtig, die Inhalte regelmäßig zu wiederholen. Gerne können Sie einige Punkte des Artikels diskutieren.
