15 essentiële feiten over frequentieregelaars (VFD's) voor elektrotechnici
1. Wat is een frequentieomvormer?
Een frequentieomvormer is een regelapparaat dat de schakelwerking van vermogenshalfgeleiders gebruikt om de netfrequentie om te zetten in elektrische energie met een andere frequentie. Het kan functies realiseren zoals het zacht starten van asynchrone wisselstroommotoren, het regelen van de snelheid met variabele frequentie, het verbeteren van de bedrijfsnauwkeurigheid, het wijzigen van de vermogensfactor en het beveiligen tegen overstroom, overspanning en overbelasting.
2. Verschillen tussen PWM en PAM
PWM staat voor Pulse Width Modulation, een modulatiemethode die de uitgangswaarde en golfvorm aanpast door de pulsbreedte van een pulstrein volgens een bepaalde regel te wijzigen. PAM staat voor Pulse Amplitude Modulation, een modulatiemethode die de uitgangswaarde en golfvorm aanpast door de pulsamplitude van een pulstrein volgens een bepaalde regel te wijzigen.
3. Waarom verandert de spanning van een frequentieomvormer evenredig met de frequentie?
Het elektromagnetische koppel van elke motor is het resultaat van de interactie tussen stroom en magnetische flux. De stroom mag de nominale waarde niet overschrijden, anders raakt de motor oververhit. Als de magnetische flux afneemt, neemt ook het elektromagnetische koppel af, wat leidt tot een afname van de belastbaarheid.
Uit de formule E = 4,44*K*F*N*Φ blijkt dat tijdens variabele frequentieregeling het magnetische circuit van de motor binnen een aanzienlijk bereik verandert met de werkfrequentie fX. Dit kan gemakkelijk leiden tot ernstige verzadiging van het magnetische circuit van de motor, wat resulteert in ernstige vervorming van de excitatiestroomvorm en het genereren van zeer hoge piekstroompieken.
Daarom moeten de frequentie en spanning proportioneel worden gewijzigd. Dat wil zeggen dat tijdens het wijzigen van de frequentie de uitgangsspanning van de frequentieomvormer wordt geregeld om de magnetische flux van de motor constant te houden en het ontstaan van een zwak magnetisch veld en magnetische verzadiging te voorkomen. Deze regelmethode wordt vooral gebruikt in energiebesparende frequentieomvormers voor ventilatoren en pompen.
4. Hoe verandert het motorkoppel als V en f evenredig veranderen?
Wanneer de frequentie afneemt, wordt de spanning evenredig verlaagd. Omdat de wisselstroomimpedantie afneemt terwijl de gelijkstroomweerstand onveranderd blijft, neemt het bij lage snelheden geproduceerde koppel doorgaans af. Daarom moet bij lage frequenties, gegeven een V/f-verhouding, de uitgangsspanning licht worden verhoogd om een bepaald startkoppel te verkrijgen. Deze compensatie wordt 'verbeterd starten' genoemd. Er zijn verschillende methoden mogelijk, waaronder automatische methoden, het selecteren van de V/f-modus of het instellen van de potentiometer.
5. De handleiding geeft een snelheidsbereik van 60-6 Hz (10:1) aan. Betekent dit dat er geen uitgangsvermogen is onder 6 Hz?
Er kan nog steeds vermogen worden geleverd onder de 6 Hz, maar afhankelijk van factoren zoals de stijging van de motortemperatuur en het startkoppel ligt de minimale bedrijfsfrequentie rond de 6 Hz. Bij deze frequentie kan de motor het nominale koppel leveren zonder ernstige oververhittingsproblemen te veroorzaken. De werkelijke uitgangsfrequentie (startfrequentie) van de omvormer varieert van 0,5 tot 3 Hz, afhankelijk van het model.
6. Wat betekent "open loop"?
Een closed-loop-regelsysteem gebruikt een snelheidsdetector (PG) om de werkelijke snelheid terug te koppelen naar de regeleenheid. Een systeem dat zonder PG werkt, wordt een open-loop-systeem genoemd. De meeste universele frequentieregelaars zijn open-loop, hoewel sommige modellen PG-feedback als optie bieden. Sensorloze closed-loop-regeling berekent de werkelijke motorsnelheid op basis van een wiskundig model en magnetische flux, waarbij in wezen een virtuele snelheidssensor wordt gebruikt om een closed-loop-regeling te creëren.
7. Wat als de werkelijke snelheid afwijkt van de gegeven snelheid?
Bij open-loopbedrijf zal het motortoerental, zelfs als de omvormer een bepaalde frequentie afgeeft, binnen het nominale slipbereik (1%–5%) variëren wanneer de motor belast is. Voor toepassingen die een hoge nauwkeurigheid van de toerentalregeling vereisen en waarbij de werking dicht bij het gegeven toerental moet blijven, zelfs bij belastingsvariaties, kan een omvormer met PG-feedbackfunctie (optioneel) worden gebruikt.
8. Als een motor met PG wordt gebruikt, zal de snelheidsnauwkeurigheid dan verbeteren na feedback?
Omvormers met PG-feedbackfunctie verbeteren de nauwkeurigheid. De snelheidsnauwkeurigheid is echter afhankelijk van de nauwkeurigheid van de PG zelf en de resolutie van de uitgangsfrequentie van de omvormer.
9. Wat houdt de stall prevention-functie in?
Als de gegeven acceleratietijd te kort is, zal de verandering in de uitgangsfrequentie van de omvormer de snelheidsverandering (elektrische hoekfrequentie) ver overtreffen, waardoor de omvormer door overstroom uitschakelt en stopt met werken. Dit wordt stall genoemd. Om stall te voorkomen en de motor te laten draaien, moet de stroomsterkte worden gedetecteerd voor frequentieregeling. Wanneer de acceleratiestroom te groot is, moet de acceleratiesnelheid op passende wijze worden vertraagd. Hetzelfde geldt tijdens het vertragen. De combinatie van beide vormt de stall-functie.
10. Wat is de betekenis van modellen waarbij de acceleratie- en deceleratietijden afzonderlijk kunnen worden ingesteld en modellen waarbij de acceleratie- en deceleratietijden samen kunnen worden ingesteld?
Modellen waarbij de acceleratie en deceleratie afzonderlijk kunnen worden ingesteld, zijn geschikt voor toepassingen die een korte acceleratie en langzame deceleratie vereisen, of voor kleine gereedschapsmachines waarbij een strikte productiecyclus vereist is. Voor toepassingen zoals ventilatoraandrijvingen, waarbij de acceleratie- en deceleratietijden langer zijn, kunnen de acceleratie- en deceleratietijden echter samen worden ingesteld.
11. Welke beschermingsfuncties heeft een frequentieomvormer?
Beschermingsfuncties kunnen worden onderverdeeld in de volgende twee categorieën:
(1) Automatisch corrigeren van abnormale omstandigheden, zoals overstroombeveiliging en regeneratieve overspanningsbeveiliging.
(2) Het blokkeren van het PWM-stuursignaal van de vermogenshalfgeleider na het detecteren van een afwijking, waardoor de motor automatisch stopt. Voorbeelden hiervan zijn overstroombeveiliging, regeneratieve overspanningsbeveiliging, oververhitting van de koelventilator van de halfgeleider en beveiliging tegen onmiddellijke stroomuitval.
12. Waarom worden de beveiligingsfuncties van de frequentieomvormer geactiveerd wanneer de belasting via een koppeling wordt aangesloten?
Wanneer een koppeling wordt gebruikt om een belasting aan te sluiten, schakelt de motor op het moment van aansluiten drastisch over van een onbelaste toestand naar een toestand met hoge slip. De grote stroom die erdoorheen loopt, zorgt ervoor dat de omvormer door overstroom uitschakelt en niet meer kan werken.
13. Waarom stopt de omvormer met draaien als er in dezelfde fabriek grote motoren tegelijk starten?
Wanneer een motor start, stroomt er een startstroom die overeenkomt met de capaciteit. Dit veroorzaakt een spanningsval in de transformator aan de statorzijde van de motor. Deze spanningsval heeft een grotere impact bij een groot motorvermogen. Omvormers die op dezelfde transformator zijn aangesloten, beoordelen onderspanning of een kortstondige uitschakeling, waardoor soms de beschermingsfunctie (IPE) wordt geactiveerd en de motor stopt.
14. Is het mogelijk om een motor rechtstreeks aan te sluiten op een omvormer met een vaste frequentie zonder gebruik te maken van een softstart?
Dit is mogelijk bij zeer lage frequenties. Als de gegeven frequentie echter hoog is, zijn de omstandigheden vergelijkbaar met direct starten op een netvoeding. Er zal een hoge startstroom (6-7 keer de nominale stroom) doorheen lopen, en omdat de omvormer de overstroom uitschakelt, kan de motor niet starten.
15. Kan een frequentieomvormer worden gebruikt om een eenfasemotor aan te drijven? Kan deze een eenfasevoeding gebruiken?
Over het algemeen niet. Bij eenfasemotoren met een toerentalregelaar en een schakelstart zal de hulpwikkeling doorbranden bij werking onder het werkpunt; bij motoren met een condensatorstart of condensatorbedrijf zal dit een explosie van de condensator veroorzaken. Frequentieomvormers zijn meestal driefasen, maar sommige modellen met een kleine capaciteit kunnen ook op een eenfasevoeding werken.
