Hogyan működik a frekvenciaváltó?

EgyenirányításA hálózati váltakozó feszültséget egyenfeszültséggé alakítja (közbensőköri DC).

Közbenső körKondenzátorok simítják és stabilizálják az egyenfeszültséget.

Inverter (IGBT)A tranzisztorok a kívánt frekvenciájú és feszültségű váltakozó áramot állítják elő.

Fordulatszám-szabályozásA frekvencia változtatásával a motor fordulatszáma fokozatmentesen állítható.

Miért érdemes frekvenciaváltót használni?

EnergiamegtakarításSzivattyú- és ventilátorhajtásoknál igény szerinti szabályozás, jelentős fogyasztáscsökkenés.

Lágy indításNincs indítási áramlökés – kíméli a motort és a hálózatot.

Pontos szabályozásFokozatmentes, nagy pontosságú fordulatszám- és nyomatékvezérlés.

Hosszabb élettartamKisebb mechanikai és villamos igénybevétel a berendezéseknek.

Hol használjuk a frekvenciaváltókat?

Szivattyúk, ventilátorokA leggyakoribb alkalmazás – itt a legnagyobb az energiamegtakarítás.

Kompresszorok, hűtőtornyokNyomás- és hőmérséklet-szabályozás energiatakarékosan.

Gyártósorok, szállítószalagokPontos, összehangolt hajtásvezérlés a technológiában.

Fűtés, szellőztetés (HVAC)Igény szerinti légáramlás- és hőmérséklet-szabályozás.

A frekvenciaváltó (más néven inverter) olyan teljesítményelektronikai eszköz, amely a villanymotor fordulatszámát fokozatmentesen, nagy pontossággal szabályozza. A hálózati feszültséget egyenirányítja, majd IGBT-tranzisztorokkal állítja elő a kívánt frekvenciájú és feszültségű kimenetet, így a motor pontosan a technológia igényéhez igazodik.

Röviden a fejlődésről

A villanymotor fordulatszámának változtatása régi ipari igény. Korábban egyenáramú hajtásokkal oldották meg; a 80-as évektől a félvezetők fejlődése hozott áttörést. A kezdeti, tirisztoros (áram-inverteres) készülékek után a 90-es években jelentek meg a mai értelemben vett, tranzisztoros frekvenciaváltók, amelyek a mikroprocesszorok elterjedésével váltak széles körben alkalmazhatóvá. Jól mutatja a fejlődés ütemét, hogy az osztrák Elin tranzisztoros kimenetű készülékeinek felső teljesítményhatára 1991-ben 90 kW, 1992-ben 110 kW, 1993-ban már 315 kW volt.

A frekvenciaváltó előnyei

  • Fokozatmentes, nagy pontosságú fordulatszám-szabályozás – jól alkalmazkodik a technológia igényéhez.
  • Gazdaságos üzem, jelentős energiamegtakarítás.
  • Az indítási áramlökés elmarad, így a hálózatot nem terheli.
  • A hálózati elemek méretezésénél is megtakarítást eredményez.

Hogyan működik a frekvenciaváltó?

Az aszinkronmotor fordulatszáma az n = 60·f / p összefüggéssel írható le, ahol f a frekvencia, p a póluspárok száma. A fordulatszám tehát egyenesen arányos a frekvenciával – ha a frekvenciát változtatjuk, a motor fordulatszáma is változik. A valós fordulatszám a szlip miatt valamivel kisebb az elméletinél; a korszerű készülékek szlipkompenzációval rendelkeznek.

A készülék a hálózati (pl. 50 Hz-es) feszültséget egyenirányító modulokkal egyenirányítja, így jön létre a kb. 560 V-os közbensőköri egyenfeszültség. Ezt IGBT-tranzisztorok „szaggatják”, előállítva a kimeneten a kívánt frekvenciájú és nagyságú váltakozó feszültséget. Egy háromfázisú frekvenciaváltó legalább 6 tranzisztort tartalmaz (fázisonként kettőt); nagyobb készülékekben fázisonként akár négyet. A kapcsolási frekvencia standard értéke jellemzően 4–8 kHz.

Közbensőköri feszültség és fékezés

A közbensőköri egyenfeszültséget kondenzátorok simítják. Fékezéskor a mozgási energia generátoros üzemként megjelenik a közbenső körben és megemeli a feszültséget – ezt meghatározott tartományban kell tartani. A frekvenciaváltó méri a saját közbensőköri feszültségét, és a tűréshatáron túl (pl. 550 V alatt vagy 700 V felett) leválik a motorról, védve magát. Nagy tehetetlenségű hajtásoknál (kazánházi ventilátorok, lift- és daruhajtások) fékegység alkalmazható.

Feszültség és frekvencia (U/f)

A névleges frekvencia alatt a feszültséget a frekvenciával arányosan csökkenteni kell, különben a motor fluxusa túl magas lenne és a motor telítődne. A hajtás jellegétől függően lineáris, négyzetes vagy többpontú U/f karakterisztika állítható be. Fontos, hogy a motor névleges adatai pontosan be legyenek programozva – a frekvenciaváltó csak helyes adatok alapján tud optimálisan számolni.

A frekvenciaváltó szerepe az iparban

A 90-es években Magyarországon ott terjedtek el először a frekvenciaváltók, ahol látványos energiamegtakarítást hoztak – például a városi keringtető szivattyúhajtásoknál. Korábban a tömegáramot a fojtószelep részleges elzárásával szabályozták, miközben a szivattyú végig teljes kapacitással, magas fogyasztással üzemelt. A frekvenciaváltó a tömegáramot igény szerint állítja, így az energiafelhasználás is csökken. A szennyvíztisztításban a frekvenciaváltó nélkülözhetetlen: az oldott oxigénre történő szabályozás csak vele valósítható meg, és az iszapcentrifugák nagy tömegű hajtásai sem indíthatók el nélküle.

A frekvenciaváltó kiválasztása

A kiválasztás elsődleges szempontja a motor névleges árama és a frekvenciaváltó folyamatos kimeneti árama, valamint a terhelés jellege:

  • Változó nyomatékú terhelés (szivattyú, ventilátor): a terhelőnyomaték a fordulatszám négyzetével arányos; a motorral azonos teljesítményű hajtás választható.
  • Állandó nyomatékú terhelés (daráló, szállítószalag): a nyomaték a teljes tartományban állandó; ilyenkor nagyobb teljesítményű frekvenciaváltó kell.

Védelmi funkciók

A frekvenciaváltó megvédi saját elektronikáját és a motort a túlterheléstől: villámgyors elektronikus leválasztás rövidzár esetén, tartós túlterhelési áramkorlát (jellemzően a névleges áram 1,5-szerese 60 másodpercig), valamint rövid idejű túlterhelés-korlátozás. A motort a beépített motorvédelmi funkció és a tekercsbe épített PTC-termisztor is védi. A készülékek teljesítménycsökkentés nélkül általában 50 °C környezeti hőmérsékletig üzemelnek.

Kérdése van?

Segítünk kiválasztani a feladatra leginkább alkalmas frekvenciaváltót, és vállaljuk a telepítést, programozást, üzembe helyezést. Kapcsolat →