Oct 292014
 

При работа на камините с водни ризи включени в система за локално парно е от съществено значение непрекъсваемата работа на водната циркулационна помпа. Ако тази помпа спре, водата в системата няма да може да се охлажда в радиаторите на парното, това може да доведе до прегряването и в тази част от системата, която е най-близо до работещата камина и да се стигне до тежка авария, затова в тези системи, както и в системите със слънчеви колектори винаги се предвижда допълнително аварийно захранване, което да се включи автоматично, при отпадане на основното захранване. Това аварийно захранване включва инвертор със подходящата мощност, акумулатор като източник на аварийно захранване, както и защити и кабели.

Схема на свързване

Схема на свързване

 

 

Наричано често UPS (Uninterruptible Power Supply) за камини, това представлява устройство, което при прекъсване на мрежовото захранване произвежда напрежение, което осигурява нормалната работа на локалното парно при прекъсване или колебание на мрежовото напрежение. Освен това устройството автоматично зарежда акумулаторната батерия при наличие на мрежово захранване, като след пълното зареждане преминава в режим – резерв, до следващото спиране на централното захранване. Сърцето на това устройство е инверторът

original_36605

Инвертор с истинска синусоида

преобразуващ постоянното напрежение идващо от акумулатора със стойност около 12 волта в променливо мрежово напрежение с големина 220 волта. За нормалната работа на циркулационните помпи в системата е желателно инверторът да произвежда напрежение със синусоидален характер. Инверторът с чиста синусоида  (Pure sine wave) осигурява качествено захранване на помпата. Ако в системата участва инвертор с модифицирана синусоида, помпата ще загрява, ще издава висок шум и при продължителна работа може да изгори. Времето, през което може да се поддържа аварийното захранване зависи от силата (капацитета) на акумулаторната батерия, измерван в Ah (амперчаса).

Car-battery

Акумулаторна батерия

При изборът на мощността на инвертора, най-добре е да се направи консултация със специалист. Трябва да се има предвид, че товари с индуктивен или капацитивен характер, като помпи, хладилници, климатици и др. изискват мощността на инвертора да е 4 -5 пъти по-голяма от тази на включените консуматори. Трябва също да се съблюдава поляритета на свързване във постояннотоковата част на веригата. Ако все пак размените поляритета инвертора има предпазител, който ще изгори и ще спаси скъпоструващата техника от повреди. При избор на инвертори е важно да се обърне внимание на характеристиките на устройството.

thumb-3961-ups2

Цените варират в много широки граници и е необходимо да се потърси най-ефективното решение с най-добра цена. В заключение ще уточним, че независимо от качеството и цената на инсталираното оборудване за постигане на максимален комфорт чрез локално парно, при което енергията се извлича от фосилни източници, газова горелка или фотоволтаичен панел, електрозахранването по същество си остава най-несигурната компонента в системата. Проблемите с електричеството са една от най-честите причини за сериозни аварии на домашно парно, затова разходите за аварийно захранване, трябва да се впишат в графата „задължителни“  иначе рискувате изведнъж да се окажете в ситуация, в която вложените усилия и средства са били напразни.

Oct 242014
 
original_51483

Асинхронните трифазни двигатели имат широко приложение в индустрията поради простото си устройство, изключително висока надеждност и ниска цена. Скоростта на асинхронният трифазен двигател се определя от два фактора: честотата на тока и броя на полюсите. При стандартните електрозадвижвания, честотата е постоянна величина – около 50 Hz, а веднъж избрана, конструкцията на електродвигателя е неизменна, което води до инвариантна скорост на двигателя. Има създадени и двигатели с два комплекта намотки, при които скоростите могат да са четири, но те са неизменни и не позволяват плавно регулиране. В индустрията, обаче, често се налага плавно регулиране на оборотите на двигателите. Областите, в които това е необходимо, са изключително големи: при металорежещите и металообработващите машини, в подемно-транспортното задвижване, при компресори, помпи, вентилатори, поточни линии и др. За да се осъществи плавно регулиране на оборотите на асинхронния електродвигател е необходим честотен инвертор.

original_51483

Това е устройство, което преобразува неизменното подадено напрежение и честота на главното захранване в изменящи се напрежение и честота. Монтира се между захранването и двигателя и позволява един обикновен стандартен двигател да се превърне в гъвкава, моделируема система с променливоскоростно задвижване. Не са за пренебрегване и допълнителните ползи от използването на честотен инвертор в системата. Те са много и разнообразни – като се започне от това, че може да се стартира двигателя плавно, без нарастване на пусковия ток; осъществяване на високоефективно динамично спиране; повишаване на cosϕ, без използването на кондензатори; съществено понижаване на енергийните разходи при двигатели с променлив режим на натоварване (например, при помпи и вентилатори, начина на регулиране на флуида, който те задвижват, е чрез различни видове клапани и жалузи, при което мощността и респ. консумацията на енергия на двигателя остава неизменна, като голяма част от ефективната мощност се губи за преодоляване на преодоляване на преградата по пътя на флуида, ако обаче се използва честотен инвертор за регулиране скоростта на електродвигателя, консумираната мощност се намалява пропорционално на напора на витлото, което води до значителна икономия на енергия); имаме пълен контрол на работата на електродвигателя-напрежение, ток, скорост на вала, въртящ момент, време за развъртане, време за спиране и т.н.; благодарение на плавния режим на работа се повишава експлоатационния живот на всеки компонент на електрооборудването и накрая стигаме до възможност от защита от претоварване.

Честотният инвертор се състои от три основни части:

1. Изправител – преобразува захранващото променливо напрежение чрез диодни модули в пулсиращо постоянно напрежение.

2. Постояннотокови филтри – състои се от филтриращи дросели, кондензатори и други видове филтри.

3. Транзисторен инвертор – преобразува постоянното напрежение в ШИМ (широчинно-импулсно-модулирано) променливо напрежение.

sheme1

Принципна схема на типичен честотен инвертор

Освен гореизброените силови компоненти, честотния инвертор има и система за управление, изпълнена чрез програмируем микропроцесорен контролер, който също така осигурява синусоидалната форма на тока.

Честотните инвертори се делят на скаларни и векторни, в зависимост от начина на управление на електродвигателя. Способът за изчисление на стойността на напрежението, обуславя вида инвертор. При скаларните честотни инвертори, напрежението е функция от честотата, която се калкулира като линейна интерполация по няколко опорни точки. Ползвателят на честотния инвертор има възможност да определя стойността на тези точки. Скаларът е величина, чиято стойност може да се изрази с едно число. Тъй като променяме една единствена величина, наричаме тези инвертори скаларни.

Управляващ панел на честотен инвертор

Управляващ панел на честотен инвертор

При векторните честотни инвертори, ползвателя трябва предварително да зададе електрическите параметри на управляваният електродвигател. Стойността на напрежението се определя чрез моделиране на преходните процеси в асинхронния двигател. Векторният инвертор изисква от потребителят по-задълбочени познания по теория на електрозадвижванията. Някои съвременни инвертори имат зададени предварително някои от параметрите за настройка (макроси), което облекчава настройката на инвертора. При скаларният инвертор също има добро качество за регулиране на на оборотите на двигателя, дори когато просто се използват заводските настройки.

Честотните инвертори могат да се използват както за трифазни така и за еднофазни асинхронни двигатели.

 

Наред с безспорните ползи от съвместната работа на честотните инвертори с асинхронни двигатели, се наблюдават и някои проблеми, които трябва да се имат предвид при използването им.

 

 

  • наличие на висши хармоници на изхода на честотния инвертор. Хармоничните изкривявания повишават загубите в стоманата и електрическите загуби в намотките на двигателя. Наличната радиочестотна интерференция може да се разпространи както по кабелите, така и по въздуха. Поради това, че кабелите между честотния преобразувател и двигателя са изключително мощен източник на потенциална интерференция, силовите и сигналните кабели могат да работят като трансмисионни антени, което е недопустимо от директивите за електромагнитна съвместимост приети от Европейския съюз. Стандартът IEC 61800-3:2004 определя изискванията, на които трябва да отговарят задвижванията по отношение на хармоничните изкривявания, за да бъдат сертифицирани в Европейския съюз. За да се избегнат тези проблеми могат да се вземат следните мерки: да се монтира оборудването в затворено и правилно заземено метално електроразпределително табло; поставя се филтър за подтискане на радиочестотната интерференция на захранването; ползват се екранирани кабели, по възможност с метална оплетка на всяко жило; трябва да се монтират далеч едни от други, кабели склонни към интерференция и захранващите кабели.
  • пикови удари на напрежението върху клемите на електродвигателя. На изхода на инверторите с широчинно-импулсна-модулация се получава напрежение с висока носеща честота (до 20kHz). Когато разстоянието между честотния инвертор и двигателя е по-дълго от 20 метра, в кабела протича вълна със стръмен фронт, чиято импулсна форма може да създаде амплитуда на първия хармоник, превишаваща значително номиналното напрежение, за което клемите на двигателя са проектирани. Този пик уврежда изолацията на кабела, води до преждевременно стареене на клемите, повишава вибрациите на вала на двигателя, увеличава нагряването на намотките и намалява въртящия момент на двигателя с до 5%. Лабораторни изследвания показват, че първите няколко навивки на намотката поемат напрежение достигащо до 1.4kV, като градиентът на увеличение du/dt e е толкова голям, че надвишава диелектричната якост на изолацията и има опасност от пробив. За да се избегне този проблем трябва да се осигури сравнително малко разстояние между честотния преобразувател и управлявания от него двигател.
  • прегряване на асинхронния двигател при ниски скорости на въртене. Както знаем честотният инвертор ни позволява да въртим АД с практически всяка скорост. Стандартния асинхронен двигател е проектиран така, че въртенето на ротора, върти охлаждащите лопатки, аксиално разположени на него. Когато обаче чрез ЧИ намалим скоростта на двигателя под 50% за продължителен период от време, трябва да имаме предвид, че това води до влошено охлаждане и съответно прегряване на АД.
  • електроерозия на лагерите. ЧИ с бързодействащи биполярни транзистори с изолиран гейт (insulated gate bi-polar transistor IGBT) води до много висока скорост на нарастване на напрежението на импулсите от порядъка на du/dt > 10kV/s, това води до силно несиметрична магнитна система, водеща до възникване на напрежение на вала на АД, вследствие на това протичат високочестотни пулсиращи токове през лагерите на двигателя и затварят веригата през заземения корпус, като по този начин влошават качеството на маслото, водят до искрене в лагерите, което от своя страна образува каверни и води до повишено ниво на вибрации. Този проблем е най-ясно изразен при достигане чрез ЧИ до честоти, превишаващи синхронната. Ако все пак се налага такъв режим на работа, трябва да се предвидят по-износоустойчиви и бързоходни лагери, които е добре да бъдат изолирани електрически от АД и да имат автономно охлаждане.
  • вибрации на двигателя. Високочестотните хармоници създават магнитострикция в шихтования магнитопровод, предизвикват индукция на висши хармоници на електродвижещото напрежение в роторната намотка, които си взаимодействат с основния магнитен поток и създават паразитен допълнителен механичен момент на вала. Това създава повишен шум и вибрации на ротора. За да се избегне този проблем се поставят специални филтриращи устройства, за които ще стане дума по-долу в статията.
original_51484

Схема на реален честотен инвертор

Допълнителни защитни средства за преодоляване на проблемите при регулируемите асинхронни задвижвания с използване на честотен инвертор.
  1. Монтиране на външни филтри, дросели, които ограничават високочестотните съставки до стандартни величини, което увеличава живота на двигателя.
  2. Използване на асинхронен двигател с по-висок клас изолация.
  3. Използване на лагери с диелектрично покритие и изолиран външен и вътрешен пръстен и керамични търкалящи се части.
  4. Използване на независимо охлаждане при задвижвания с ниски скорости на въртене на вала.
  5. Поставяне на термисторни защити, против прегряване на статорната намотка.
  6. Използване на екраниран кабел с минимална дължина. Така се избягва ефектът на вълнови пренапрежения на клемите на двигателя. Най добре е, когато инверторът и двигателят са с общ корпус.
  7. Монтиране на вала на енкодери за обратна връзка, носещи информация за фазовия ъгъл на ротора и скоростта на въртене. Енкодерите управляват двигателя по скорост, положение на вала, въртящ момент и др.

original_51486

 

От казаното дотук става ясно колко полезни могат да бъдат честотните инвертори, когато се използват компетентно от професионалисти в регулируемите електрозадвижвания.