Частотный преобразователь переменного тока

Частотный преобразователь переменного тока

  • О проекте О проекте
  • Главная
  • О проекте
  • Карта сайта
  • Вопрос-ответ
  • ПЧ и УПП ПЧ и УПП
    • Терминология Терминология
      • Низковольтные ПЧ
      • Высоковольтные ПЧ
      • Низковольтные УПП
      • Высоковольтные УПП
      • Станции управления
      • Аксессуары
      • Теория
      • Подбор ПЧ и УПП
      • Монтаж ПЧ и УПП
      • Энергосбережение
      • Пресс-центр Пресс-центр
        • Новости сайта
        • Интервью
        • Статьи
        • Мероприятия
        • Акции
        • Обзор рынка Обзор рынка
          • Производители Производители
            • ABB
            • Advanced Control Indastrial Equipment
            • AuCom Electronics Ltd
            • B&R
            • Baumuller
            • Bosch Rexroth
            • Control Techniques
            • Danfoss
            • Delta Electronics
            • Easy Drive
            • Eaton
            • EKF
            • Emotron AB
            • ERMAN
            • ESQ
            • EURA Drives
            • Fuji Electric
            • GE
            • Gefran Siei
            • Grandrive
            • Hitachi
            • Hyundai Heavy Industries
            • IC Electronics
            • IDS Drive
            • INNOVERT
            • Inovance
            • INSTART
            • Invertek drivers
            • Invt
            • Jacky Enterprise
            • Keb
            • Lenze
            • LS
            • Micno
            • Mitsubishi Electric
            • Omron
            • Parker
            • Powtran
            • Prostar
            • Rockwell Automation
            • Schneider Electric
            • Sew Eurodrive
            • Siemens
            • Tecorp Electronics
            • Toshiba
            • Vacon
            • Weg
            • Yaskawa
            • Битек
            • Веспер Автоматика
            • Вниир
            • Горнозаводское Объединение
            • Ижевский Радиозавод
            • Овен
            • Оптимэлектро
            • Приводная техника
            • Силиум
            • Стройтехавтоматика
            • Технорос
            • Триол
            • ЧЭАЗ-ЭЛПРИ
            • ЭКРА
            • Электровыпрямитель
            • Электрозавод
            • Электротекс
            • Элсиэл
            • Эрасиб
            • Эффективные Системы
            • Серии
            • Рынок
            • Купить Купить
              • Поставщики Поставщики
                • КосПА
                • ONI
                • Danfoss
                • Веспер
                • EKF
                • Инжиниринг
                • Библиотека Библиотека
                  • Каталоги
                  • ГОСТ и ТУ
                  • Видео
                  • Контакты Контакты
                    • Обратная связь
                    • Сотрудничество
                    • Реклама на сайте
                    • Вакансии
                    • Ответственность
                      • Главная
                      • Статьи
                      • Что такое преобразователь частоты переменного тока (VFD)?

                      Что такое преобразователь частоты переменного тока (VFD)?

                      Преобразователь частоты (VFD) — это тип частотно регулируемый привода, который управляет электродвигателем, изменяя частоту и напряжение, подаваемые на электродвигатель. Аббревиатуру VFD также подразумевает под собой следующие синонимы: привод с переменной скоростью, частотно регулируемый привод, преобразователь частоты, привод переменного тока, микропривод и инвертор.

                      Частота (Герц) напрямую связана с скоростью вращения двигателя (об/мин или RPM). Другими словами, чем быстрее частота, тем быстрее вращается ротор двигателя. Если система не требует, чтобы электродвигатель работал на полной скорости, привод VFD можно использовать для снижения частоты и напряжения в соответствии с технологическими требованиями системы и требованиями нагрузки электродвигателя. Частотный преобразователь VFD может уменьшать или увеличивать частоту вращения электродвигателя, для обеспечения требуемых параметров скорости.

                      Как работает преобразователь частоты?

                      Первичным звеном частотного преобразователя переменного переменного тока или VFD, является преобразователь тока. Преобразователь тока состоит из шести диодов, которые аналогичны обратным клапанам, используемым в системах водопровода. Они позволяют току течь только в одном направлении; Направление тока изображено на знаке диода в виде стрелки. Например, когда напряжение А-фазы (по аналогии с системой водопровода напряжение можно представить как давление) выше, напряжение фазы B или C, тогда соответствующий диод откроется. Когда напряжение В-фазы становится выше, чем на фазе А, то диод В-фазы откроется, и диод А-фазы закроется. То же самое верно для 3-х диодов с отрицательной стороны шины. Таким образом, мы получаем шесть текущих «импульсов», поскольку каждый диод открывается и закрывается. Это называется «шестиимпульсным VFD», который является стандартной конфигурацией для текущих частотно-регулируемых приводов.

                      Предположим, что привод работает от напряжения сети 480 В. Значение 480В – является среднеквадратичной. Пики в сети со среднеквадратичным напряжением 480 В составляют 679 В. Как вы можете видеть, у шины преобразователя частоты есть напряжение постоянного тока с пульсацией переменного тока. Напряжение пробегает величины приблизительно от 580 В до 680 В.

                      Мы можем избавиться от пульсации переменного тока на шине постоянного тока, добавив конденсатор. Конденсатор работает аналогично резервуару или аккумулятору в системе воснабжения. Этот конденсатор поглощает пульсацию переменного тока и обеспечивает плавное постоянное напряжение. Пульсация переменного тока на шине постоянного тока обычно составляет менее 3 вольт. Таким образом, напряжение на шине постоянного тока становится примерно «650 В постоянного тока». Фактическое напряжение будет зависеть от напряжения питающей двигатель сети переменного тока, уровня дисбаланса напряжения в электрический сети, нагрузки двигателя, полного сопротивления системы, а также любых других дросселей или гармонических фильтров привода.

                      Преобразователь диодного моста, который преобразует переменное напряжение в постоянное, иногда называют просто «конвертером». Звено, преобразующее постоянный ток обратно в переменный, также является преобразователем, но чтобы отличить его от диодного преобразователя, его обычно называют «инвертором».

                      Обратите внимание, что в реальном преобразователе частоты переменного тока показанные переключатели фактически будут транзисторами.

                      Когда мы закрываем один из верхних переключателей в инверторе, соответствующая фаза двигателя подключается к положительной шине постоянного тока, и напряжение на этой фазе становится положительным. Когда мы закрываем один из нижних переключателей в преобразователе, фаза подключается к отрицательной шине постоянного тока и становится отрицательной. Таким образом, мы можем делать положительной или отрицательной любую фазу на двигателе, а соответственно и генерировать любую желаемую частоту. Итак, мы можем сделать любую фазу положительной, отрицательной или нулевой.

                      Синяя синусоидальная волна показана только для сравнения. Привод на самом деле не генерирует эту синусоидальную волну.

                      Обратите внимание, что выходной сигнал преобразователя частоты имеет «прямоугольную» форму волны. Привод VFD не может генерировать идеальный синусоидальный сигнал. Этот прямоугольный сигнал естественно не будет хорошим вариантом для систем распределения общего назначения, но вполне подходит для электродвигателя.

                      Если мы хотим уменьшить частоту двигателя до 30 Гц, то мы просто медленне переключаем транзисторы инвертора. Но, если мы уменьшаем частоту до 30 Гц, то мы также должны уменьшить напряжение до 240 В для поддержания отношения В/Гц. Каким же образом мы будем уменьшать напряжение, если у нас есть только напряжение постоянного тока в 650 В?

                      Это принцип называется Широтно Импульсной Модуляцией или ШИМ. Представьте себе, что мы можем контролировать давление в системе водоснабжения, поворачивая затвор на высокой скорости. Хотя это не было бы практично для системы водоснабжения, оно отлично работает для Преобразователя частоты VFD. Обратите внимание, что в течение первого цикла напряжение будет лишь половину времени и нулевым вторую половину цикла. Таким образом, среднее напряжение составляет половину 480 В или 240 В. Путем импульсного выхода мы можем добиться любого среднего напряжения на выходе частотного преобразователя VFD.

                      Для чего использовать преобразователь частоты переменного тока VFD?

                      Сокращение потребления энергии и затрат на лектроэнергию.

                      Если у вас есть применение, которое не требует постоянной работы на максимальной скорости, вы можете сократить энергозатраты, управляя двигателем с помощью частотно-регулируемого привода, что является одним из преимуществ преобразователей частоты. Преобразователь частоты переменного тока VFD позволяет вам сопоставлять скорость электродвигателя с требуемой нагрузкой. На сегодняшний момент нет другого, более эффективного способа управления электродвигателем переменного тока, который позволит выполнить это.

                      На сегодняшний момент потребление электроэнергии электродвигателями составляет более 65% мирового энергопотребления. Оптимизация систем управления двигателем путем применения частотных преобразователей способна добится снижения энергопотребления в некоторых случаях до 70%. Кроме того, использование преобразователя частоты улучшает качество продукции и снижает издержки производства.

                      Увеличение производства за счет более жесткого контроля технологических процессов.

                      Управляя двигателями с максимальной эффективностью, в технологическом цикле будет происходить меньшее количество ошибок, меньше простоев, что в свою очередь обеспечит более высокий уровень дохода. Так, например, на конвейерах и ремнях с помощью частотного регулирования вы устраняете рывки при запуске, позволяя использовать сквозной старт.

                      Читайте также:  Фигурка ангела своими руками

                      Увеличьте срок службы оборудования и уменьшите обслуживание.

                      Ваше оборудование будет работать дольше и иметь меньше времени простоя из-за технического обслуживания благодаря оптимальному управлению частотой и напряжением. Частотный преобразователь также будет обеспечивать оптимальную защиту электродвигателя от электротермические перегрузок, пропадания фазы, перенапряжения и т. д. Также чатотный преобразователь обеспечит плавный запуск двигателя устранив возможные ударные нагрузки.

                        1 commentПринцип работы Декабрь 15, 2016

                      Частотные преобразователи – это технические устройства, преобразующие входные сетевые параметры в выходные на различных частотах. Современные инверторы переменного тока обладают широким частотным диапазоном.

                      Асинхронный преобразователь частоты предназначен для преобразования сетевого 3-х либо 1-но фазного переменного тока f 50 Гц в 3-х фазный либо 1-но фазный, f 1 ̴̴ 800 Гц.

                      Производителями выпускаются электро-индукционные частотники, представляющие собой конструктив:

                      • асинхронный электродвигатель;
                      • инверторы.

                      Частотники зачастую используются для плавной регулировки скорости вращения асинхронного двигателя (АД) за счет формирования на выходе частотника заданных параметров сети. В самых простых случаях регулировка f и U выполняется с соответствующей зависимостью V/f, в более навороченных инверторах реализуется как векторное управление.

                      Электронный преобразователь частоты — это конструктив, который состоит из элементов:

                      • выпрямитель, преобразующийI ̴в Iconst;
                      • инвертор, преобразующийIconstв I ̴с требуемой частотой и амплитудой.

                      Выходные тиристоры (транзисторы) служат для обеспечения необходимого тока для электроснабжениядвигателя.

                      Для поправки U вых. между частотником и электродвигателем другой раз ставят дроссель, а для сниженияпомех — фильтр.

                      Классификация преобразователей частоты

                      По типу питающего напряжения преобразователи частоты делятся на разновидности:

                      • однофазные;
                      • трехфазные;
                      • высоковольтные аппараты.

                      Основную задачу преобразователя частоты можно сформулировать следующим образом: перевод рабочего процесса на экономичный режим с помощью управления скоростью и моментом двигателя, согласно заданным техническим параметрам и характеру нагрузки.

                      При этом цифровой дисплейприбора показывает такие параметры работы системы, как:

                      • величина I и U двигателя;
                      • выходные значения частоты, скорости, мощности и момента (f, v, Р и М);
                      • отображение состояния дискретных входовдля регулирования скорости вращения вала АД и дистанционного управления системой;
                      • продолжительность работы самого частотного преобразователя.

                      По сфере использования типы инверторы бывают:

                      • промышленного назначения мощностью до 315 кВт;
                      • ПЧ с векторным управлением мощностью до 500 кВт;
                      • для управления механизмами с насосно-вентиляторным типом нагрузки (Р 15 — 315 кВт);
                      • частотники для кранов и других подъемных конструкций;
                      • для применения в условиях взрывоопасности;
                      • устанавливаемые ЧРП прямо на электродвигатель.

                      Структура частотного преобразователя

                      Структура современного ПЧ выстраивается по принципу преобразования энергии и включает в себя силовую и управляющую составляющую. Первая, как правило, исполняется на тиристорах или транзисторах, коим отводится роль электроключей. Управляющий блок реализуется на микропроцессорах. С помощью ключей размыкающий и замыкающий цепи он позволяет молниеносно решать множество заданий по диагностике, защите, контролю.

                      По принципу работы частотные преобразователи бывают двух типов:

                      1. с наличием промежуточного звена постоянного тока;
                      2. с непосредственной связью.

                      Всем им присуще ряд достоинств и недостатков, обуславливающих сферу эффективного использования каждого из них.

                      Непосредственные частотные преобразователи

                      Они принадлежат к наиболее ранним аппаратам с упрощенной силовой частью,представляющей собой выпрямитель на тиристорах.

                      Система управления по очереди отмыкает групповые тиристоры и подключает обмотки электродвигателя к сети питания. Непосредственные – это реверсивный тиристорный частотник. Основное его преимущество заключается в том, что он подключается напрямую в сеть без добавочных устройств.

                      Таким манером получается, что U вых частотника образуется из усеченных отрезков синусоид U вых. На рисунке приведён пример сформировавшегося U вых для одной из фаз нагрузки. На вход тиристоров подаётся 3-х фазное синусоидальные составляющие Uа, Uв, Uс. Напряжение U вых представляется несинусоидальной «пилообразной» формой, которая в аппроксимированном виде выглядит как синусоида (жирная кривая). На чертеже показано, что частота U вых не может быть равной либо превышать частоту сети питания. Поэтому и невелик диапазон управления частоты вращения электродвигателя (менее 1: 10). Ограничивающие пределы не дают возможность использовать подобные частотные преобразователи в навороченных ЧРП. Последние рассчитаны на широкий диапазон регулировкипоказателей.

                      Применение тиристоров в большей степени усложняет систему управления, и поэтому этого стоимость преобразователя частоты увеличивается.

                      Выходная «усеченная» синусоида частотника – это источник высокочастотных гармоник, вызывающих добавочные потери в электродвигателе, перегревание электромашины, уменьшение момента, мешающие работе шумы в сети питания. Использование компенсирующих приспособлений повышает цену, массу, размеры, понижает КПД всей системы.

                      Тем не менее, непосредственные частотные преобразователи радуют пользователей своими определёнными достоинствами. К ним относятся:

                      • достаточно большой КПД, достигаемый одним преобразованием электроэнергии;
                      • работа в различных режимах, включая с рекуперацией энергии в сеть;
                      • надежность, относительная дешевизна, полная управляемость и удобство;
                      • наличие возможности неограниченного наращивания мощности системы;

                      Такие схемы применяются в электроприводах выпуска прошлых лет. В новых конструкциях они на практике не разрабатываются.

                      Частотные преобразователи со звеном постоянного тока

                      Это устройства, выполненные по транзисторной или тиристорной схеме. Однако их основная отличительная особенность состоит в том, что корректная и безопасная работа частотника требует наличия звена постоянного напряжения. Поэтому для подключения их к промышленной сети требуется выпрямитель. Обычно, применяются комплектное оборудование, состоящее из частотного преобразователя и выпрямителя, регулируемые от одной системы управления.

                      В ПЧ этой группы применяется двухступенчатое преобразование электроэнергии: синусоидальное U вх с f = const выправляется в выпрямителе (В), отфильтровывается фильтром (Ф), разглаживается, и далее заново преобразуется инвертором (И) в U ̴. Ввиду двухступенчатого преобразования электроэнергии снижается КПД и несколько ухудшаются массогабаритные показателив сравнении с преобразователями частоты с непосредственной связью.

                      Для создания синусоидального U ̴ самоуправляющиеся преобразователи частоты. В качестве ключевой базы в них используются усовершенствованная тиристорная и транзисторная основа.

                      Основным преимуществом тиристорной преобразовательной аппаратуры считается возможность оперироватьс большими параметрами сети, с выдерживанием при этом продолжительной нагрузки и импульсных воздействий. Аппараты обладают более высоким КПД.

                      Частотные преобразователи на тиристорах на сегодня превосходят остальные высоковольтные приводы, мощность которых исчисляется десятками МВТ с U вых от 3до 10 кВ и более. Однако и цена на них соответственно наибольшая.

                      • наибольший КПД;
                      • возможность использования в мощных приводах;
                      • приемлемая стоимость, невзирая на внедрение добавочных элементов.

                      Принцип действия преобразователя частоты

                      Первооснову привода определяет инвертор двойного преобразования. Принцип действия заключается в том, чтобы:

                      • входной переменный токсинусоидального типа 380 либо 220В выпрямляется блоком диодов;
                      • потом фильтруется посредством конденсаторов для минимизации пульсации напряжения;
                      • дальше напряжение подаётся на микросхемы и мосты транзисторов, создающие из него 3-х фазную волнус установленными параметрами;
                      • на выходе прямоугольные импульсы превращаются в синусоидальное напряжение.

                      Как подключить и настроить преобразователь частоты?

                      Общая схема подключения асинхронного электродвигателя с применением частотного преобразователя в принципе не сложная, так как вся основная разводка заключается в корпусах приборов. Для технаря, владеющего практикой, разобраться в ней не составит сложности. В схеме место для преобразователя выделяется сразу после автоматического выключателя с номинальным током, равным номиналу электрического двигателя. При монтаже преобразователя в 3-х фазную сеть необходимо задействовать трехполюсный автомат,имеющий общий рычаг. При перегрузке это позволит мгновенно отключить все фазы от сети электроснабжения. Ток срабатывания должен быть равным току одной фазы электродвигателя. При однофазном питании, следует выбирать автоматический выключатель, с утроенным значением тока одной фазы.

                      Во всех случаях, монтаж инвертора должен осуществляться с включением автоматических выключателей в разрыв нулевого или заземляющего провода.

                      Читайте также:  Как растворять янтарную кислоту для орхидей

                      Практически настраивать частотный преобразователь – это значит, проводить подключение жил кабеля к видимым контактам электрического двигателя. Конкретное соединение определено характером напряжения, вырабатываемого непосредственно преобразователем частоты. Для 3-х фазных сетей на промышленных объектах электродвигатель подсоединяется «звездой» — этой схемой подразумевается параллельное подсоединение проводов обмоток. Для бытового применения в однофазных сетях применяется схема «треугольник» (где U вых не превышает U ном больше чем на 50%).

                      Пульт управления необходимо располагать втам, где будет комфортно пользоваться. Схема подключения пульта обычно отображена в пользовательской инструкции к частотному преобразователю. Перед установкой, до подачи электропитания рычаг нужно перевести в положение «выключено». После того должна загореться соответствующая индикаторная лампочка. По умолчанию для пуска аппарата требуется нажать на клавишу «RUN». Для плавного наращивания оборотов электродвигателя нужно не торопясь повернуть рукоятку пульта. При обратном вращении необходимо переустановить режим посредством кнопки реверса. Сейчас уже можнобудет перевести рукоятку в рабочее положение и установить требуемую скорость вращения. Стоит заметить, что на управляющих пультах отдельных ПЧ указывается не механическая частота вращения, а частота питающего напряжения.

                      Ради чего нужен преобразователь частоты?

                      Применение задвижек и регулирующих клапанов в производстве постепенно уходит в прошлое. Пришедшие им на замену асинхронные двигатели выгодно отличаются высокой производительностью и мощностью, но также не лишены характерных недостатков. К примеру, контроль над скоростью вращения ротора требует оснащения добавочными элементами. Пусковые токи превышают номинальные до семи раз. Такая ударная перегрузка отражается на сроке службы агрегата.

                      Высокоэкономичное функционирование насосов основывается на постоянной регулировке таких технических показателей как температура, давление и расход воды. Оптимизация работы дымососов и вентиляторов требует регулировки температурного режима, давления воздуха и разреженности газов. Экономичность использования станков предусматривается регулировкой скорости вращения двигателя. В конвейерной специфике работы важной особенностью является производительность. Специальные частотные агрегаты предназначены для решения подобных задач.

                      Для фирмы и предприятий частные преобразователи необходимы в плане:

                      • экономии энергетических ресурсов;
                      • долгосрочности службы механической и электрической части технологического оборудования;
                      • уменьшения денежных затрат на плановые ремонтно-предупредительные процедуры;
                      • ведения оперативного управления, принципиального контроля за техническими параметрами и т. п.

                      Использование частотного привода повышает техническую эффективность производства еще и за счёт высвобождения некоторого оборудования.

                      Где используются частотные преобразователи?

                      Аппаратура широко применяется в промышленных и устройствах, где необходимо изменение скорости вращения двигателя, мероприятия по борьбе с амплитудными пусковыми токами или корректирование в регулирующих деталях (комбинации элементарных преобразователей с использованием обратной связи) и т. п. Рассмотрим их применение по мере востребованности:

                      Насосы. Поскольку потребляется мощность, пропорциональна, как известно, кубу скорости вращения, то использование преобразователя частоты позволяет сэкономитьпотребление электроэнергии до 60 %, в сравнении с методом регулировки мощности посредством заслонок на трубе. Годовое использование частотного преобразователя окупает все затраты на его приобретение. Аппараты позволяют также:

                      • снижать тепловые и водные потери на 5 — 10 %,
                      • уменьшать количество аварий на трубопроводах;
                      • обеспечить полноценную защиту электрического двигателя.

                      Дополнительным преимуществом является решение проблемы с гидроударами: работающие ПЧ сглаживают пуск/останов насоса. На модернизированных насосных станциях налажены системы, позволяющие управлять насосами групповым методом без необходимости в установке контроллера.

                      Вентиляторы. Все, вышесказанное для насосов, в полной мере имеет отношение и к вентиляторам. Что касается экономии потребления электричества, она здесь еще более значительна, так как в целях прямого пуска больших вентиляторов зачастую используются более мощные двигательные агрегаты. Усовершенствование технологических установок приводит к повышению рентабельности производства. Экономичность достигается и за счёт уменьшения потерь холостого хода.

                      Транспортеры. Адаптация скорости перемещения к скорости технологической системы, не являющейся постоянной величиной. Плавный запуск значительно увеличивает ресурс механической части системы, так как ударные нагрузки наносят вред техническому оборудованию.

                      Область использования преобразователей частоты довольно обширна. Среди управляемых инверторов насосного типа небольшой мощности можно выделить также центробежные насосы, компрессоры, центрифуги, воздуходувки и т. д.

                      К общепромышленной серии управляемых ЧРП частотников средней мощности относятся двигатели в вентиляторах, дымососах, в системах водоснабжения, смесителях, дозаторах, производственных линиях.

                      Трудно представить без векторного управления с помощью преобразователей лифтовое и другое подъемно-транспортное оборудование со значительными перегрузками при пуске/остановке.

                      Использование ПЧ с обратной связью позволяет обеспечить точность скорости вращения, что станет залогом улучшения качества технологического процесса и решения поставленных задач. Известные производители имеют ряд моделей, ориентированных на рабочий режим в замкнутой системе. Техника рекомендована к использованию в деревообрабатывающей промышленности, робототехнике, системах точного позиционирования и др.

                      Вся перечисленная техника может управляться с помощью преобразователей с аналогово-цифровыми входами/выходами для регулирования, дистанционным контролем и мониторингомпо последовательной линии связи.

                      Другие преимущества частотников:

                      • плавное регулирование скорости вращения двигателя даёт возможность не применять редукторы, вариаторы, дроссели и другую регулирующую аппаратуру, что делает структуру управления проще, дешевле и существенно надёжнее;
                      • частотники в составе с АД могут вполне использоваться для замены электроприводов постоянного тока;
                      • возможно создание многофункциональных систем управления приводами на базе ПЧ с контроллером;
                      • модернизация технологического конструктива может производиться без перерыва в работе.

                      Заключение

                      Стоит отметить, что в отдельных случаях применение современного управления производством с помощью частотных преобразователей приводит к снижению не только энергоресурсов, но и потерь транспортируемых веществ. В промышленно-развитых странах уже практически невозможно найти асинхронный электродвигатель без преобразователя частоты.

                      Мы примерно знаем, как на сегодня обстоят дела у нас, а вот что ждёт нас в будущем? Глядя на ситуацию сквозь призму пользователя, предполагается деление преобразователей частоты на две части: первая будет содержать технику, ориентированную на пользовательского дилетанта и имеющую минимальное количество настроек и максимум автоматических, а во вторую – приборы, имеющие максимальное количество настроек с большими возможностями и рассчитанные на применение специалистами, способными все эти возможности использовать.

                      В данной статье мы рассмотрим что такое частотный преобразователь, сферы применения преобразователей частоты, их плюсы и минусы, а также схемы частотников.

                      Преобразователи частоты (или частотники) – электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения этих устройств – изменение частоты вращения и крутящего момента электрических машин асинхронного типа. Принцип действия управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения.

                      Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, насосных агрегатов, регулирующей арматуры и других устройств. Основным недостатком этих электрических машин являются постоянная скорость вращения, большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей возможно устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока.

                      Виды преобразователей частоты

                      Частотные преобразователи различаются по конструкции, принципу действия, способу управления. По конструктивному исполнению преобразователи частоты разделяют на две большие группы:

                      Электромашинные частотники.

                      Электромашинные или индукционные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в режим генератора. Применяются такие электротехнические устройства относительного редко, в условиях, где затруднено или невозможно применение электронных частотных преобразователей.

                      Электронные преобразователи.

                      Полупроводниковые ЧП состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на базе микроконтроллеров. Это электротехническое оборудование пригодно для трехфазных и однофазных приводов любого назначения. Различают ЧП с непосредственной связью с питающей сетью и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.

                      Читайте также:  Розетка на дин рейку экф

                      Непосредственные преобразователи частоты

                      Такие частотники построены на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, включенных по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.

                      Устройства такого типа включаются непосредственно в питающую сеть.

                      Плюсы непосредственных преобразователей частоты:

                      • Возможностью рекуперации электроэнергии в сеть при работе в режиме торможения двигателя. Непосредственное включение обеспечивает двусторонний обмен электричеством.
                      • Высоким к.п.д. за счет однократного преобразования частоты.
                      • Возможностью наращивания мощности за счет присоединения дополнительных преобразователей.
                      • Широким диапазоном низких частот. Непосредственные преобразователи обеспечивают стабильную работу привода на малых скоростях.

                      Минусы непосредственных преобразователей частоты:

                      • Аппроксимированная форма выходного напряжения с наличием постоянных составляющих и субгармоник. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает момент, создает помехи.
                      • Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичную характеристику сетевого напряжения. Таким образом, при помощи этих устройств можно только снижать скорость вращения двигателей.
                      • Основная сфера непосредственных преобразователей – электроприводы на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

                      Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

                      Частотные преобразователи этого типа выполнены на базе схемы двойного преобразования. Питающее сетевое напряжение преобразуется в постоянное, затем сглаживается и инвертируется в переменное выходное напряжение заданной частоты.

                      Плюсы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

                      • Возможностью получения выходного напряжения с частотой как выше, так и ниже аналогичного параметра сети питания. Частотники на базе схемы двойного преобразования используют для высоко- средне- и низкоскоростных электроприводов.
                      • Чистой синусоидальной формой напряжения на выходе. Схема преобразователя позволяет получать переменное напряжение с минимальным отклонением от синусоидальной формы.
                      • Возможностью построения простых и сложных силовых и управляющих схем для приводов с различными требованиями к скорости реагирования, диапазону скоростей.
                      • Возможностью адаптации к сетям постоянного тока. Преобразователи данного типа можно приспособить для питания от резервных и аварийных источников постоянного тока без дополнительных устройств. Это позволяет применять такие частотники в приводах ответственного оборудования с резервными источниками электроэнергии.
                      • Разнообразием алгоритмов управления. Преобразователи со звеном постоянного тока можно запрограммировать и адаптировать практически ко всем электроприводам, в том числе и претенциозным, где требуется особо точное регулирование скорости и момента.

                      Минусы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

                      • Относительно большую массу и габариты, что обусловлено наличием выпрямительного, фильтрующего и инверторного блоков.
                      • Повышенные потери мощности. Схема двойного преобразования несколько уменьшает общий к.п.д.

                      Устройство преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока

                      Состоят такие преобразователи из нескольких основных блоков:

                      • Выпрямителя. Для ЧП используются диодные и тиристорные преобразователи постоянного тока. Первые отличаются высоким качеством постоянного напряжения практически с полным отсутствием пульсации, низкой стоимостью и надежностью. Однако диодные выпрямители не позволяют реализовать возможность рекуперации электроэнергии в сеть при торможении двигателя. Выпрямители на тиристорах обеспечивают возможность протекания тока в обоих направлениях и позволяют отключать преобразователь от сети без дополнительной коммутирующей аппаратуры.
                      • Фильтра. Выходное напряжение тиристорных управляемых выпрямителей имеет значительную пульсацию. Для ее сглаживания используют реакторы, емкостные или индуктивно-емкостные фильтры.
                      • Инвертора. В ЧП используют инверторы напряжения и тока. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть и применяются для управления электрическими машинами с частым пуском, реверсом и остановкой, например, крановыми двигателями.
                      • Частотники на базе инверторов напряжения выдают на выходе напряжение формы “чистый синус”. Благодаря этому преобразователи такого типа получили наиболее широкое распространение.
                      • Микропроцессора. Этот блок осуществляет управление входным выпрямителем, прием и обработку сигналов с датчиков, взаимодействие с автоматизированной системой высшего уровня, запись и хранение информации о событиях, формирует выходное напряжения ЧП соответствующей частоты. А также выполняет функции защиты от перегрузок, обрыва фазы и других аварийных и ненормальных режимов работы.

                      Способы управления преобразователем

                      По принципу управления различают 2 основных вида частотных преобразователей:

                      ЧП со скалярным управлением

                      Частотники этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью, простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярные ЧП используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

                      ЧП с векторным управлением

                      Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ЧП такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать необходимый момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования. Применение векторных ЧП позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

                      ЧП с векторным управлением делятся на преобразователи бездатчикового типа и устройства с обратной связью по скорости. Последние используются для приводов с широким диапазоном регулирования скорости до 1:1000, необходимости позиционирования точного положения вала, регулирования момента при низких скоростях, точного поддержания частоты вращения, пуска двигателя с номинальным моментом. Преобразователи без датчика скорости применяют для приводов с более низкими требованиями.

                      Режимы управления частотными преобразователями

                      В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

                      1) Ручное управление.

                      2) Внешнее управление.

                      3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”.

                      4) Управление по событиям.

                      Преимущества частотных преобразователей.

                      1) Экономия электроэнергии.

                      2) Увеличение срока службы промышленного оборудования.

                      3) Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.

                      4) Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом.

                      5) Широкий диапазон мощности двигателей.

                      6) Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.

                      7) Снижение уровня шума работающего двигателя.

                      Сферы применения

                      Частотно-регулируемые приводы применяют:

                      • Для кранов и грузоподъемных машин . Крановые двигатели работают в режиме частых пусков, остановок, изменяющейся нагрузки. ЧП обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пусках и остановках, остановку крана точно в требуемом месте, снижают нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
                      • Для привода нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососов. Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный к.п.д . котельных агрегатов.
                      • Для транспортеров, прокатных станов, конвейеров, лифтов. ЧП регулирует скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов, что увеличивает срок службы механических узлов. Для насосных агрегатов. ЧП позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и производительность, и существенно увеличить общий к.п.д системы водоподачи.
                      • Для электродвигателей станков. Использование преобразователя частоты вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. ЧП широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

                      Внедрение частотно-регулируемых приводов дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и ТО двигателей и оборудования, возможности использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до трех лет.

                      Ссылка на основную публикацию
                      Цвет ламината серый дуб
                      Напольное покрытие — это самая важная часть интерьера помещения. Оно должно гармонировать с общим дизайном комнаты и дополнять его. Часто...
                      Флешка для фотоаппарата сони
                      Вопрос – «как же выбрать флеш карту для фотоаппарата», рано или поздно встает перед любым фотолюбителем. Даже при наличии встроенного...
                      Флористика для начинающих картины
                      Фитоживопись – искусство составления картин из сухих цветов и листьев. - это удивительное ремесло в современной прикладной флористике. - это...
                      Цвет проводов в электропроводке автомобиля
                      Автомобильные провода Провода, применяемые на автомобилях для передачи электрической энергии от источников к потребителям, в процессе эксплуатации испытывают значительные тепловые...
                      Adblock detector