1Podstawowe elementy energetyczne: "centrum konwersji energii" rządu

1.1 Konwerter częstotliwości (Rdzeń szafy)

• Funkcja: przyjmuje źródło zasilania o stałej częstotliwości (50/60Hz) i wykorzystuje wewnętrzne moduły zasilania IGBT do szybkiego przełączania prądu,przekształcanie go w trójfazowy wyjście o regulowanej częstotliwości i napięciuUmożliwia to silnikom AC regulowanie prędkości bez kroków, miękkie uruchomienie (uniknięcie wstrząsu mechanicznego w wyniku nagłego uruchomienia) i efektywność energetyczną.
• Wybór: Zależy od mocy znamionowej silnika, prądu pełnego obciążenia i rodzaju obciążenia (np. obciążenia wentylatora/pompy o zmiennym momentu obrotowym lub obciążenia przenośnika/wzmocnienia o stałym momencie obrotowym).
• Badanie przypadku: System wentylatorów instalacji oczyszczania wody:
  W miejskiej oczyszczalni wody zainstalowano inwertery o mocy 75 kW dla wentylatorów wentylacyjnych.Przystosowanie częstotliwości wyjściowej falownika do rzeczywistego zapotrzebowania na tlen (regulowane za pomocą czujników jakości wody)Funkcja miękkiego uruchamiania eliminowała również "przesilenie prądu", które kiedyś uruchamiało stare wyłączniki w zakładzie podczas uruchamiania.

1.2 Wyłącznik

• Funkcja: służy jako główny przełącznik zasilania, zapewniając izolację i ochronę przed zwarciem.W ciągu kilkuset milisekund odłącza główną energię., zapobieganie pożarowi lub wypaleniu części.
• Pozycja: zazwyczaj instalowana z przodu wlewu zasilania do szafki.
• Badanie przypadku: Linia montażowa samochodów:
  System przenośnikowy zakładu motoryzacyjnego miał zwarcie, gdy złom metalu wpadł do obudowy silnika.moc cięcia do wadliwego przenośnikaZapobiegło to uszkodzeniu falownika i innych komponentów w górnej części, ograniczając czas przestoju do zaledwie 45 minut (w porównaniu z szacunkowymi 8 godzinami, jeśli zwarcie się rozprzestrzeniło).

1.3 Kontaktor

• Funkcja: Używa małego prądu sterowania do przełączania dużych prądów mocy, chroniąc kruche obwody sterowania.
  • Kontaktor obwodów głównych: Kontroluje zasilanie falownika (czasami pominięte w uproszczonych projektach, przy czym wyłącznik obsługuje tę rolę).
  • Kontaktor przełączania częstotliwości mocy/inwersora: w przypadku awarii inwersora przełącza silnik na zasilanie sieciowe (50/60 Hz), zapewniając ciągłość produkcji.
  • Kontaktor pętli sterowania: zarządza sprzętem pomocniczym, takim jak wentylatory chłodzące lub grzejniki.
• Badanie przypadku: Zakład przetwórstwa żywności Przenośnik zamrażalnik:
  Zakład mrożonych produktów spożywczych korzysta z falowników, aby regulować prędkość przenośnika w celu osiągnięcia efektywności mrożenia.Kontaktor częstotliwości zasilania/inwersora automatycznie przełączał przenośnik na zasilanie sieciąTo zapobiegło zepsuciu się 2 ton częściowo zamrożonego kurczaka i utrzymało linię produkcyjną w ruchu do czasu naprawy inwertera (okno 6 godzin).

1.4 Ochrona przed przeciążeniem

• Funkcja: Sam inwerter zapewnia ochronę przed przeciążeniem, ale nie działa, gdy silnik działa na zasilanie sieciowym (tryb obejścia).Dodaje się przełącznik relaju termicznego lub zabezpieczający silnik w celu zabezpieczenia silnika w trybie obejścia.
• Badanie przypadku: Stacja ładowania wózków widłowych magazynowych:
  W magazynie logistycznym używa się ładowarek windach napędzanych inwerterem.uszkodzona bateria wózka widłowego spowodowała, że silnik pobierał 150% biegu nominalnegoOchrona przed przeciążeniem uruchomiła się w ciągu 20 sekund, zapobiegając przegrzaniu i wypalaniu silnika, oszczędzając 1200 dolarów na wymianę silnika.

2Kompensacyjne i tłumiące elementy: "Opiekunowie jakości energii"

2.1 Reaktor wejściowy/wyjściowy

• Reaktor wejściowy (Inlet Wire Reactor): zainstalowany między siecią a falownikiem.
  • Funkcja: Zmniejsza zanieczyszczenie harmonijne z falownika (które może zakłócać działanie innych urządzeń, takich jak czujniki lub sterowniki PLC), łagodzi szczyty napięcia po stronie sieci,i zwiększa współczynnik mocy (zmniejszając rachunki za energię elektryczną).
• Reaktor wyjściowy: zainstalowany między falownikiem a silnikiem.
  • Funkcja: Eliminuje harmonię wysokiej częstotliwości z falownika, zmniejsza pojemnościowy prąd ładowania w długich kablach, wydłuża żywotność izolacji silnika i eliminuje zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).Krytyczne dla kabli silnikowych dłuższych niż 50 metrów.
• Badanie przypadku: Instalacja paneli słonecznych (wyroby zdalne):
  W odległej farmie używa się inwertera o mocy 100 kW do przekształcania energii słonecznej w pompy nawadniające.Wysokiej częstotliwości harmoniki spowodowały, że silnik pompy przegrzał się i nie działał co 3 miesiące.Po zainstalowaniu reaktora o mocy wyjściowej 100A temperatura pracy silnika spadła o 12°C, a jego żywotność wydłużyła się do 2+ lat.

2.2 Filtr EMC

• Funkcja: Blokuje interferencje elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości (EMI) z falownika, uniemożliwiając ich rozprzestrzenianie się przez linie energetyczne lub powietrze oraz zakłócając działanie czułego sprzętu (np. sterowników sterowania przenośnikiem,czujniki temperaturyZapewnia zgodność z normami EMC (np. CE, FCC).
• Badanie przypadku: Fabryka farmaceutyczna:
  Maszyny mieszane napędzane przez inwerter w fabryce farmaceutycznej powodowały EMI, które zakłócały czujniki ciśnienia w czystych pomieszczeniach.Zainstalowanie filtrów EMC na szafkach falowników wyeliminowało zakłóceniaZmniejsza fałszywe alarmy o 90% i zapewnia zgodność z rygorystycznymi przepisami FDA dotyczącymi czystych pomieszczeń.

2.3 Ochrona przed napięciem

• Funkcja: Absorbuje nad napięciem w wyniku uderzeń piorunów lub przełączania sieci, chroniąc drogie falowniki i elementy elektroniczne.
• Badanie przypadku: Inwerter wieży telekomunikacyjnej na zewnątrz:
  Podczas burzy, przepływ uderzył w sieć elektryczną, ochroną przepływu przekierował nadmiar napięcia do ziemi.pozostawiając nieuszkodzony inwerter i wentylatoryBez niego, inwerter za 8 tysięcy dolarów byłby zniszczony, powodując 24-godzinne wyłączenie wieży.

3Komponenty sterowania i pomiaru: "Inteligentny mózg i zmysły"

3.1 PLC (programowalny sterownik logiczny)

• Funkcja: "mózg" złożonych systemów falowników. Odbiera sygnały z przycisków, czujników lub komputerów wyższego poziomu, a następnie kontroluje uruchomienie/wyłączenie falownika, prędkość,i kierunek poprzez ustawioną logikęUmożliwia również połączenie z innymi urządzeniami (np. przenośniki, pompy).
• Badanie przypadku: Automatyczna linia butelkowania:
  Linia butelkowania w zakładzie napojowym wykorzystuje sterownik sterowania przenośnikiem PLC do koordynacji dwóch inwerterów - jednego dla przenośnika podajejącego butelki i drugiego dla maszyny pokrywającej butelki.PLC reguluje prędkość maszyny pokrywającej w oparciu o przepływ butelki przenośnika (wykryty przez czujnik fotoogenia)Oznacza to zmniejszenie tłoczenia butelki o 40% i zwiększenie efektywności produkcji o 15%.

3.2 Relaj

• Funkcja: Izoluje, konwertuje lub wzmacnia sygnały sterowania w obwodach niskiego napięcia.który następnie uruchamia cewkę kontaktorów 220V (chroniąc sterownik od wysokiego napięcia).
• Badanie przypadku: System HVAC dla centrum handlowego:
  W centrum handlowym wentylatory HVAC napędzane inwerterem używają przekaźników do przełączania między trybami "dzień" (wysoka prędkość) i "noc" (niska prędkość).który uruchamia kontaktor dla prędkości wentylatora w trybie nocnymTa prosta konfiguracja zapewnia niezawodne przełączanie trybów bez ryzyka uszkodzenia PLC przez prądy wysokiego napięcia.

3.3 Przełączanie zasilania

• Funkcja: Konwertuje prąd AC 220V/380V do stabilnego prądu stałego 24V, zasilając komponenty niskiego napięcia, takie jak sterowniki PLC, HMI, czujniki i przekaźniki.
• Badanie przypadku: Kontrola temperatury pieca przemysłowego:
  Przemysłowy piec wykorzystuje falownik do regulacji prędkości wentylatora (kontroli rozkładu ciepła).Nawet w przypadku wahania napięcia sieci (między 200V a 240V), zasilanie przełącznikowe utrzymywało stałą moc wyjściową 24V, zapewniając dokładne odczyty temperatury i stałą prędkość wentylatora.

3.4 HMI (interfejs człowiek-maszyna)

• Podstawowy interfejs HMI (knoty, wskaźniki, przełączniki przenośne): zapewnia ręczne sterowanie (np. przyciski awaryjnego zatrzymania) i informacje zwrotne o stanie (np. zielone światło na "włączanie falownika").
• HMI ekranu dotykowego: zapewnia interfejs graficzny do ustawiania parametrów (np. regulacji częstotliwości falownika), monitorowania stanu w czasie rzeczywistym (np. prądu silnika), alarmów awarii (np. "nad napięcie"),i rejestrowanie danych historycznych.
• Badanie przypadku: Floor Factory Inverter Fleet
  W zakładzie produkcyjnym z 15 szaf inwerterów zainstalowano HMI na ekranie dotykowym. Operatorzy mogą teraz regulować prędkości wentylatorów, wyświetlać dane dotyczące zużycia energii i rozwiązywać problemy (np. "E05:Przesyłka") bezpośrednio z HMI, skracając czas rozwiązywania drobnych problemów z 1 godziny do 10 minut.

3.5 Przyrządy pomiarowe

• Funkcja: Wyświetla w czasie rzeczywistym parametry systemu ( napięcie, prąd, częstotliwość, moc) dla operatorów w celu monitorowania wydajności i wykrywania anomalii.
• Badanie przypadku: Inwerter UPS w centrum danych:
  System UPS w centrum danych wykorzystuje falownik do dostarczania zasilania zapasowego. Amperometry i woltometry w szafie wyświetlają prąd i napięcie wyjściowe falownika.Operatorzy zauważyli wzrost prądu do 120% wartości znamionowej, co skłoniło ich do wyłączenia serwerów niekrytycznych., zapobiegając uruchomieniu falownika i zapewniając nieprzerwane zasilanie podstawowego sprzętu informatycznego.

4Pozostałe składniki pomocnicze: "ukryte stabilizatory"

4.1 Transformator prądu/napięcia

• Funkcja: skalowanie wysokich prądów/ napięć z pętli głównej (np. 500A/400V) na małe, bezpieczne sygnały (np. 5A/100V) do pomiaru za pomocą przyrządów, sterowników PLC lub samego falownika.
• Badanie przypadku: Walcowanie stali:
  Maszyna walcowana w hutnictwie stalowym wykorzystuje falownik o mocy 600 A. Transformator prądu redukuje prąd główny o mocy 600 A do sygnału 5 A, który jest przesyłany do sterownika PLC.PLC wykorzystuje ten sygnał do wykrywania przeciążenia, co uruchamia alarm, jeśli prąd przekracza 550ATo zapobiegło zatrzymywaniu się walcownicy z powodu nadmiernego obciążenia.

4.2 Jednostka hamulcowa i opór hamulcowy

• Funkcja: Gdy silnik wytwarza moc (np. żuraw obniżający ciężkie obciążenie lub wentylator w drodze do zatrzymania), energia regeneracyjna napływa z powrotem do prądu stałego falownika, powodując wzrost napięcia.Jednostka hamulcowa aktywuje rezystor hamulcowy, aby rozproszyć tę energię jako ciepło, zapobiegając wyłączeniu się falownika z powodu nad napięcia.
• Badanie przypadku: żuraw budowlany:
  Przy obniżaniu 10-tonowej stalowej belki silnik działa jak generator, dostarczając energię z powrotem do falownika.Zespół hamulcowy i rezystor rozproszyły tę energię.Bez nich inwerter uruchamiałby się 10 razy dziennie, zatrzymując budowę.