Primena frekvencijskih konvertera u automatizovanim sistemima

Примена променљиве фреквенције за контролу брзине стабилног магнетног синхроног мотора (PMSM) у хемијско-влачним и стакларским индустријама

У 19. веку, стални магнети су коришћени за прављење електричних мотора. Данас, са брзим напредком електронске технологије, стално магнетни синхрони мотори (PMSM) и фреквенцијски конвертери заједно чине отворене петље, високобрзинске, високопрецизне системе контроле брзине променљиве фреквенције. Ови системи су широко применљени у различитим индустријским секторима, замењујући традиционалне DC системе контроле брзине и системе контроле брзине електромагнетског клизања, показујући јак живот.

Познато је да је брзина окретања PMSM строго пропорционална фреквенцији налаза. Уколико је прецизност фреквенције налаза осигурана, прецизност брзине мотора је такође гарантована, што резултује линеарним механичким карактеристикама. На пример, у једној компанији, два независна синхронизована система су радили непрекидно током неколико месеци, а кумулативна грешка брзине била је скоро нула.

Пошто прецизност излазне фреквенције фреквенцијских конвертера може достићи 1,0‰ - 0,1‰, или чак више, прецизност контроле брзине система се такође повећава. Уз то, систем има мање компоненте за контролу, што чини његову колу једноставнијом од било којег другог типа система контроле брзине. Поред тога, PMSM-ови поседују предности као што су висок фактор снаге, висока ефикасност, штедња енергије, компактна величина, без ђубриваца, и висока сигурност и надежност. Због тога, овај систем је данас широко и често коришћен у различитим индустријским одсековима. Примери укључују намотавање, растезање, мерење и роле за нагревање у хемијско-влачној индустрији; и примене у топлицама за халирање равног стакла, мешање у стакларским топилима, ивичне роле (или "вучаче") и машине за формирање флакона у стакларској индустрији.

Примена променљиве фреквенције за контролу брзине PMSM-а у хемијско-влачној индустрији

Системи променљиве фреквенције за контролу брзине PMSM-а успешно су применљени на машинама за топљење хемијских влакана, како је приказано на дијаграму система (Слика 12-1). Мотор за привод мерења насоса у машини за топљење користи PMSM, захтевајући прецизан излаз брзине за контролу квантитативне снабдевине решења хемијских влакана, темељно испуњавајући захтеве процеса топљења. Када се мењају врсте влаканских производа, довољно је само прелажење брзине мотора за привод мерења насоса да испуни процесне захтеве.

Снага главног мерења насоса обично се креће између 0,37 кВ до 11 кВ, са моторима са 4 или 6 полова. Ранг варијације фреквенције је 25 Hz до 150 Hz. Обично се бира један фреквенцијски конвертер за привод више мотора, иако се користе и посебни системи (по један конвертер по мотору), сваки приступ има своје предности и недостатке.

Други важни процеси у топљењу, као што су намотавање, растезање и роле за нагревање, захтевају константну брзину окретања или одређене односе брзина између парованих рола. Систем променљиве фреквенције за контролу брзине је идеални први избор, што је потврђено дугогодишњом практичном применом. Након увођења контроле брзине променљиве фреквенције, брзине линија топљења могу достигнути 3.000 до 7.000 м/мин. Роле за растезање са унутрашњим нагревањем захтевају рад на константној брзини; придружене PMSM-ове снаге се крећу између 0,2 кВ до 7,5 кВ, са високобрзинским двополовим моторима, са опсегом регулације фреквенције од 50 Hz до 250 Hz. Коришћење контроле променљиве фреквенције пружа висок крутило на почетку, брзо убрзање, и задовољава захтеве за тешким почетним условима (тешко почетно).

Примена променљиве фреквенције за контролу брзине PMSM-а у стакларској индустрији

Системи променљиве фреквенције за контролу брзине главних привода топлица за халирање плутаћег стакла примењени су на десетине производних линија у Кини, замењујући оригиналан DC привод и постижећи задовољавајуће економске ефекте.

Производна линија за плутаће стакло укључује високотемпературну стаклену течност која тече из топиле, постепено се хлади дуж линије. Након затврдњавања, стакло подлеже термичкој обради у топлицама за халирање пре него што одлази на холодни крај за резање, испитивање, паковање и друге надолазне процесе. Процес у топлицама за халирање ставља строга захтева; дуж своје дужине од око 200 метара, сваки рола мора радити непрекидно и униформно. Заустављање је апсолутно неприхватљиво, јер би довело до значајних економских губитака.

За ову примену изабрана је комбинација трифазног реткоземљаног PMSM-а TYB100-8 и Фудзи G5 фреквенцијског конвертера. Овај систем је радио непрекидно и сигурно током тенхиљада сати и добио је признатњу са свих страна. Главне предности су:

1. Висока прецизност брзине (до 0,4%): Осигурава толеранције дефинисаности производа, штеди суровине и даје очигледне економске ефекте.
2. Висока надежност: Смањује терет одржавања.
3. Штедња енергије: Због мањег броја компоненти система и високе ефикасности мотора.
4. Компактан и лак дизајн: Опрема је мања и лакша.

Мешала у топилима за стакло раније су користили DC приводе. Међутим, узимајући у обзир високотемпературни окружење и изазове одржавања, системи променљиве фреквенције за контролу брзине су уведени од 1995. године. Конкретно, за ову сврху су коришћена два мотора TYB400-8. Оперативни захтеви су следећи:

Два мотора приводе своја мешала, мешајући стаклену течност унутар високотемпературне топиле. Да би се осигурала униформна мешања, „мртве зоне“ унутар топиле нису допуштене. Због тога, радни области два мешала морају слегути мало, али треба да буду распоређени тако да се ротирајућа лопати не сударе. Шема радног области је приказана на Слици 12-2.

Ако се брзине n1 и n2 разликују, њихов кумулативни ефекат би на крају могао довести до судара лопата мешала. Дугогодишња практична примене овог система је показала да нема судара лопата, потврђујући да прецизност брзине испуњава захтеве.

Примена променљиве фреквенције за контролу брзине на ивичним ролама (или „вучачима“) такође је дала одличне резултате. На производној линији за стакло, док се топљено стакло постепено трансформише из течног стања у пластичну полутврду стање, потребно је да се протегне и изравна у раван. Ивичне роле обављају ову кључну функцију. Мотори за привод морају да пружају непрекидно варијабилну, бесступенчану контролу брзине. Брзина сваког мотора за вучење треба да буде претпостављена на основу фактора као што су рабоча тачка температуре и врста стакла. Ово захтева одлично перформансе контролног система: широк опсег брзина, висока прецизност брзине и добру динамичку одговорност. Због тога, постојећи систем контроле брзине DC мотора Z₂-12, 0,6 кВ, 1500 обрт/мин замењен је са трифазним PMSM-овима TYB500-6, 125 V, 50 Hz. Фреквенцијски конвертер ради у опсегу од 10 Hz до 150 Hz, пружајући опсег брзина мотора од 200 обрт/мин до 3000 обрт/мин. Замена DC мотора са синхроним моторима пружа предности као што су виша аутоматизација производње, боља квалитета, лакша тешина и лакша централна контрола.