Работа частотного преобразователя: принцип работы для электродвигателя, асинхронного двигателя, как работает преобразователь частоты с трехфазным двигателем

Содержание

назначение и принцип работы, применение для управления вращением электродвигателя

 как работает частотный преобразователь для электродвигателяЧастотный преобразователь — электронное устройство для изменения частоты тока. Оно широко применяется для работы асинхронных электрических двигателей. Использование этого прибора позволяет продлить срок службы механизмов и увеличить экономию электроэнергии.

Достигается это тем, что преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает плавный пуск рабочего режима электрооборудования и его остановку.

Устройство и назначение

Частотный преобразователь представляет собой набор схем, в которых тиристоры или транзисторы функционируют в режиме электронных ключей. Основное управление этими ключами осуществляет микропроцессор, который параллельно выполняет контроль, диагностику и защиту.

Часто преобразователь называют инвертором частотником. Существует два класса оборудования этого назначения:

  1. С прямой связью.
  2. С промежуточным звеном постоянного тока.

 частотник принцип работыПо своим характеристикам каждый класс обладает своими преимуществами и недостатками, которые и определяют место их конкретного использования. Управляемый выпрямитель считается основным электрическим устройством в инверторах с прямой связью. Во время работы он отключает тиристоры и подключает статорную обмотку электродвигателей к сети.

Преобразование выходного напряжения происходит за счет участков входного, поэтому их частота не может быть равна или больше питания, поступающего от источника. То есть она находится в пределах от 0 до 50 Гц, что приводит к слишком малому диапазону управления частотой вращения электродвигателя.

Эти параметры не позволяют подобные конструкции использовать в современных, регулируемых по частоте приводах.

Асинхронные электродвигатели требуют сложную регулировку вращения, которую и обеспечивают преобразователи частоты, создающие на выходе высокочастотное напряжение до 800 Гц.

Принцип действия

Если объяснять принцип работы частотного преобразователя, то можно сказать, что применение этого устройства позволяет эффективно и качественно управлять работой мощных асинхронных электродвигателей.

Оборудование представляет собой частотно-регулируемый привод (ЧРП), за счет которого улучшились технические характеристики машин и механизмов. Чтобы изменить число оборотов вала двигателя, необходимо отрегулировать амплитуду напряжения и частоты. Принцип работы преобразователя частоты основан на двух способах:

  1. Частотный преобразователь для электродвигателяСкалярное управление — позволяет проводить регулировку согласно линейному закону, когда амплитуда и частота пропорционально зависят друг от друга. То есть изменение частоты влияет на амплитуду поступающего напряжения, которое действует на крутящий момент и коэффициент мощности механизма. Очень важно, чтобы момент нагрузки на валу электродвигателя оставался одинаковым, а отношение напряжения к выходной частоте оставалось неизменным.
  2. Векторная регулировка — позволяет удерживать постоянную нагрузку при любых изменениях частоты. Осуществляет более точное управление, и электропривод мягче реагирует на изменение выходной мощности. Следует учитывать, на момент вращения влияет величина тока статора, точнее, магнитное поле, которое он создает.

Промышленное напряжение поступает на выпрямитель, который сглаживает синусоиды, оставляя пульсации сигнала. Чтобы их ликвидировать и сгладить форму выходного напряжения, предусмотрены в конструкции конденсаторы с индуктивностью.

С выпрямителя сигнал поступает на вход инвертора, состоящего из шести транзисторов с диодами, которые выполняют защитные функции от напряжения обратной полярности. Иногда в схемах могут стоять тиристоры, но они действуют медленнее и с большими помехами.

Чтобы обеспечить плавное торможение вращения, в конструкцию вмонтирован регулируемый транзистор с мощным сопротивлением. По такому принципу работает частотный преобразователь для электродвигателя.

Выпускаемые модели

Во многих областях применяются асинхронные двигатели, работа которых характеризуется высокими показателями устойчивости и безопасности. Это особенно важно, так как любое устройство обладает своими индивидуальными характеристиками, зачем и нужны инверторы, которые обеспечивают оптимизацию параметров их питания. К новой линейке оборудования относятся:

  1.  принцип работы преобразователя частотыEmotron FDU 2.0 — преобразователь частоты последнего поколения, выпускаемый шведской компанией Emotron. Устройство работает в диапазоне от 0,75 до 1,6 кВт и рассчитано на разные группы напряжения: 3×380 B, 3×500 B, 3×690 B. В основном инвертор используется для насосного или вентиляционного оборудования.
  2. Emotron серии CDU/CDX — оборудование, предназначенное для контроля за работой лифта. Инверторы этой марки устанавливаются как на новые лифты, так и для модернизации старых конструкций. Монтируются в машинном отделении или непосредственно рядом с шахтой.
  3. «Лидер» — преобразователь частоты применяется для управления асинхронными двигателями в насосном, вентиляционном оборудовании, мельницах, дробилках, центрифугах и так далее. Устройство исключает присутствие динамических ударов во время запуска, что позволяет в 1,5—2 раза увеличить срок службы двигателя и приводного механизма.
  4. Easydrive серии Smart — инвертор, обладающий выходной мощностью от 1 Гц до 2 кГц. Отличается автоматическим определением параметров электродвигателя, когда механизм неподвижен. Устройство обладает семью программируемыми входами переключения, которые позволяют выполнять до 30 функций.

Все модели позволяют менять направление вращения вала электродвигателя, экономить основные энергетические ресурсы, снижать эксплуатационные затраты.

Правила подключения и настройки

Частотный преобразователь принцип работы для чайников Для полноценной и эффективной работы инвертора асинхронного электродвигателя его необходимо правильно подключить и настроить. В схему перед частотником устанавливается нужный автоматический выключатель. Если это трехфазная сеть, то выключатель должен быть рассчитан на напряжение 380 В, а сила тока соответствовать номиналу двигателя.

В случае аварийной ситуации в сети на одной фазе, отключены будут и остальные токоведущие проводники. Величина тока разрыва должна соответствовать значению в отдельной фазе электродвигателя. При использовании преобразователя частоты в однофазной сети устанавливается одиночный автоматический выключатель, по номиналу превышающий в три раза значение тока.

В обоих случаях автоматические выключатели не рекомендуется устанавливать в разрыв заземляющего или нулевого проводника, необходимо осуществлять только прямое подключение.

Чтобы подключение было выполнено правильно, идущие от преобразователя токоведущие провода должны быть подключены к соответствующим клеммам двигателя.

Статорные обмотки механизма соединяются «звездой» или «треугольником», в зависимости от того, какое напряжение поступает от инвертора. Если оно совпадает с наименьшим значением на корпусе электродвигателя, то применяется схема «треугольник». При совпадении высокого значения напряжения соединение проводится по схеме «звезда».

Для чего нужен частотный преобразователь

Далее, инвертор подключается к контроллеру и блоку управления, который обычно поставляется в комплекте с преобразователем. Все подключения проводятся по схеме, входящей в руководство по эксплуатации оборудования. После выполнения крепежных работ включается автомат и на инвертор подается питание, о чем будет сигнализировать лампочка на пульте.

Для начала работы частотника включается кнопка запуска и осуществляется поворот соответствующей рукоятки. Электродвигатель медленно начнет вращаться. Если необходимо поменять вращение в обратную сторону, то для этого на пульте находится соответствующий тумблер. Чтобы добиться необходимого количества оборотов двигателя, устанавливается необходимая частота напряжения или вращения, в зависимости от модели оборудования.

Частотный преобразователь: полный обзор функций частотника

Преобразователем частоты именуют статическую преобразовательную конструкцию, используемую с целью регуляции скорости вращения асинхронного электрического двигателя. Устройства данного типа, работающие на переменном токе, гораздо проще сконструированы, и их легче эксплуатировать в сравнении с двигателями, использующими постоянный ток. Это способствует популяризации асинхронного электродвигателя.

Преобразователь частоты обеспечивает плавность пуска и остановки электрического двигателя. Наиболее уместно его использование для крупного электродвигателя с большой мощностью.

Кроме частотного преобразователя для регуляции вращательной скорости могут применяться: механические вариаторы, гидравлические муфты и т. д. Однако, такие компоненты имеют ряд недостатков:

  • Низкий уровень качества;
  • Сложная конструкция;
  • Высокая себестоимость;
  • Узкий диапазон вариантов рабочей частоты.

Частотный преобразователь для электродвигателя, регулирующий уровень напряжения питающего тока и его частоту, по данным пунктам явно отличается в лучшую сторону. Как результат, КПД преобразования стремится к ста процентам при достаточно низкой угрозе поломок.

Классификация преобразователей частоты

Согласно типу питающего напряжения необходимого для работы частотного преобразователя, существуют устройства следующих групп:

  • Однофазные;
  • Трёхфазные;
  • Высоковольтные.

Преобразователь может быть подключён к электродвигателям следующих типов:

  • Однофазным, имеющим расщеплённые полюса, и однофазным конденсаторным;
  • Трёхфазным, асинхронного типа, работающим с использованием переменного тока.
  • Оснащённых постоянными магнитами.

Существует несколько сфер использования частотного преобразователя:

  • Общепромышленная;
  • Векторное преобразование частоты;
  • Механизмы с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
  • Преобразователи частоты в кранах и иных подъёмных механизмах;

Также существуют взрывозащищённые преобразователи, ориентированные на тяжёлые условия эксплуатации, и децентрализованные модели, которые устанавливаются прямо на базе асинхронного электродвигателя.

Особенности устройства преобразователя частоты

Типичная схема, свойственная частотному преобразователю, основана на построении двойного преобразования. Это означает, что устройство состоит из:

  1. Звена постоянного тока, также сформированного из неуправляемого выпрямителя и фильтра;
  2. Силового импульсного инвентора;
  3. Системы управления.

Первый компонент отвечает за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное. После неуправляемого выпрямителя движения тока происходит через транзисторные ключи, обеспечивающие подключение обмотки асинхронного двигателя к положительным и отрицательным выводам звена постоянного тока. Эти транзисторы вместе называются силовым импульсным инвентором. Трёхфазный инвентор, состоящий из шести, осуществляет преобразование выпрямленного напряжения соответственно в трёхфазное переменное значение необходимой частоты и амплитуды, передаваемое на обмотку статора электрического двигателя.

Для компоновки импульсного инвентора предпочтительно использование IGBT-транзисторов (биполярные, имеют затвор), поскольку они являются обладателями достаточно высокой частоты переключения. Это позволяет формировать на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями.

Принципы функционирования частотного преобразователя

Регуляция пускового тока может осуществляться вручную, но это увеличивает затраты электропотребления и снижает срок эксплуатации асинхронного двигателя. Обычно без преобразователя напряжения показания до семи раз превышают значение номинала. Определённо, это не самые лучшие условия для эксплуатации.

Принцип работы преобразователей частоты связан со спецификой действия асинхронного электродвигателя. У двигателя подобного вида наблюдается зависимость между вращательной частотой магнитного поля и частотой напряжения питающего тока. В данном моменте и заключается смысл методики частотного управления. Изменяемая преобразователем входная частота напряжения отвечает за регуляцию частоты вращения. Таким образом, диапазон значений выходного напряжения весьма широк.

По принципу работы силового элемента частотные преобразователи можно отнести к следующим категориям:

  • Конструкции, имеющие выраженный промежуточный неуправляемый выпрямитель.
  • Конструкции, имеющие непосредственную связь (без промежуточного звена).

Частотники второго типа появились гораздо раньше, в них силовой компонент представлен управляемым выпрямителем, сконструированным из тиристоров. Формирование выходного сигнала происходит при поочерёдном отпирании тиристоров управляющим узлом. На сегодняшний день такие приборы потеряли свою актуальность.

Что касается частотного преобразователя первого типа, то он примечателен тем, что его можно запитать через внешнее звено постоянного тока. Сам частотник при этом защищается предохранителем быстрого действия. Однако, это делает нежелательным применение контакторов, поскольку данная разновидность коммутации провоцирует возникновение повышенного зарядного тока и выгорание предохранителей.

Работа частотного преобразователя связана с принципом двойного преобразования напряжения:

  1. Регуляция сетевого напряжения через выпрямление и фильтрование (для этого используются конденсаторные системы).
  2. Задействуется электронное управление, устанавливающее заблаговременно выбранную частоту тока.
  3. Происходит образование прямоугольных импульсов, корректируемых при помощи обмотки статора. В результате они преобразуются в синусоиду.

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Существует диада основных принципов регуляции частотных преобразователей:

  • Принцип скалярного управления.

Преобразователи частоты управляемые по данному принципу имеют низкую себестоимость. Часто применяются в приводах устройств, где степень частоты вращения может регулироваться в соотношении 1:40. Это позволяет адекватно управлять работой насосов, компрессоров, вентиляторов. К тому скалярный метод позволяет осуществлять регуляцию работы сразу нескольких электродвигателей.

  • Векторный принцип.

Имеют максимальное совпадение характеристик асинхронных электроприводов с параметрами приводов ПТ. Этому способствует разделение регуляционных каналов, связанных с потокосцеплением и вращательной скоростью асинхронного двигателя. Частотники, работающие в рамках данной системы управления, более дорогие по цене и применяются в устройствах требующих высокоточного регулирования скорости: станках, лифтах, кранах.

Как и где следует применять частотный преобразователь

Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость действия следующих механизмов:

  • Насосов, перекачивающих горячую или холодную воду по системе водоснабжения и обогрева;
  • Вспомогательных агрегатов котельных, тепловых электростанций, ТЭЦ и т.д.;
  • Дробилках, мельницах, мешалках;
  • Песковых и пульповых насосов, используемых на обогатительных фабриках;
  • Лифтовых установок;
  • Разнотипных центрифуг;
  • Производственных линий, создающих ленточные материалы;
  • Кранового и эскалаторного оборудования;
  • Устройств, обеспечивающих силовые манипуляции;
  • Приводов на буровых станках, специализированных приборов и так далее.

Наиболее очевидна польза частотных преобразователей с точки зрения экономии:

  • Оптимальный уровень КПД позволяет вдвое экономить электроэнергию.
  • Количество и качество конечного продукта в производственной значительно возрастает.
  • Комплектующие механизма меньше изнашиваются;
  • Общая длительность эксплуатации оборудования также возрастает.

Как итог, частотный преобразователь отвечает за эффективность и продуктивность функционирования механизмов.

Тонкости выбора частотного преобразователя

Основным значимым параметром, при выборе той или иной модели преобразователя частоты, на сегодняшний день является именно его стоимость. Это обусловлено тем, что только для дорогого устройства характерна максимальная функциональность. Но это не отменяет наличие специфических требований в зависимости от того, для механизма какой категории подбирается преобразователь, поэтому необходимо учитывать:

  • Разновидность и данные по мощности асинхронного электродвигателя, к которому подключается частотник;
  • Насколько точно и в каком диапазоне можно регулировать скорость;
  • Насколько точно осуществляется поддержание момента и скорости вращения на валу электрического двигателя;
  • Соответствие конструкции (формы, размера, пульта управления и так далее) индивидуальным требованиям.

Обязательно также обратить внимание на значение мощности асинхронного электрического двигателя, с которым будет взаимодействовать преобразователь частоты. Если один из параметров (например: величина пускового момента, затрачиваемое на разгон или торможение время) должен соответствовать каким-то особым требованиям, то нужно выбрать устройство более высокого класса, чем потенциально подходящее.

Самостоятельная сборка преобразователя

Чтобы механизм адекватно функционировал, сеть должна обладать весьма широкой вариацией значений напряжения. Это снижает риск поломки устройства при резких скачках.

Частота должна соответствовать производственным запросам. Нижний предел этого параметра позволяет ориентироваться в спектре возможностей регулирования скорости привода. В случае, если требуется расширить частотный диапазон относительно уже имеющегося, то необходимо подобрать модель частотного преобразователя, принцип работы которой относится к векторному типу.

Однако, стандартный рабочий диапазон составляет 10-60 Герц и лишь иногда доходит до 100 Герц.

Далее следует обратить внимание на входы и выходы управления. Процесс применения устройств с достаточно большим количеством разъёмов гораздо более удобен. Но и стоимость от этого возрастает, кроме того, затрудняется настройка. Подобные приборы могут быть оснащены дискретными, цифровыми или аналоговыми разъёмами.

Использование дискретного разъёма позволяет вводить управляющие команды и выводить информацию о течении процесса. Цифровой разъём обеспечивает введение сигналов, подаваемых цифровыми датчиками. Аналоговый разъём предназначен для введения сигнала обеспечивающего обратную связь.

Также следует проверять соответствие характеристик шины управления и возможностей преобразователя. В первую очередь это можно понять по соответствию числа разъёмов. По возможности их должно быть даже больше, чем требуется, чтобы имелся простор для модернизирования.

Если говорить о перегрузочных способностях, то следует предпочесть модели, которые имеют уровень мощности на 15% превышающий данные по мощности у двигателя.

В любом случае всегда нужно как следует изучать прилагающуюся к частотнику документацию. Там можно найти все требуемые сведения о параметрах и характеристиках.

Схема сборки

Следующая последовательность подойдёт для проводки, функционирующей с уровнем напряжения в 220 вольт и на одной фазе. Схема рассчитана на двигатель уровнем мощности не более 1 кВт.

В первую очередь осуществляется соединение обмоток двигателя по принципу «треугольник».

В качестве фундамента преобразователя используется пара плат. Одна из них необходима для блока питания и драйвера. Также туда будут относиться транзисторы и силовые клеммы. Другую плату применяют, чтобы закрепить микроконтроллер и индикатор. Между собой платы контактируют посредством гибкого шлейфа.

Для моделирования импульсного блока питания понадобится стандартная схема, которую можно обнаружить в сети.

Для контроля работы двигателя и напряжения не нужно влиять на ток извне. Тем не менее вполне уместно ввести в устройство линейную развязку с микросхемой.

На общем радиаторе устройства фиксируются транзисторы и диодный мост.

Обязательно потребуются оптроны ОС2-4, которые используются для дублирования кнопок управления. А с помощью ОС-1 выполняются пользовательские функции.

Однофазный преобразователь частоты не нуждается в трансформаторе. В качестве альтернативы  воспользоваться токовым шунтом, который при необходимости дополняется при помощи усилителя DA-1.

При мощности до 400 ватт схема для стабильной работы двигателя не требует установки термодатчика. Уровень сетевого напряжения вполне можно контролировать усилителем DA-1-2.

Для управляющих кнопок необходима защита в виде пластиковых толкателей. Сам процесс управления построен на опторазвязке.

При применении проводов чрезмерной длины, используются помехоподавляющие кольца.

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Подключение преобразователя возможно только при соблюдении рекомендованной изготовителем комплектации устройства:

  • Сечения определённых типов;
  • Провода определённых типов;
  • Дополнительное оборудование.

К дополнительному оборудованию можно отнести:

  • Реактор ПТ;
  • Тормозной блок;
  • Фильтр (входной/выходной).

Не рекомендовано занижение номинала автоматического выключателя. Даже минимальное несоответствие может привести к хаотичному размыканию цепи, что зачастую сводит ситуацию к тому, что звено постоянного тока выходит из строя, и схема оказывается нарушена. Следует обращать внимание на то, чтобы наконечники проводов были хорошо обжаты.

Зачастую при самостоятельной установке входная и выходная клеммы оказываются перепутаны (хотя общепонятную маркировку преобразователя вполне можно увидеть). Поэтому нужно знать, схема формируется таким образом, что клеммы L1, L2, L3 используются для соединения с питающей сетью, а U, V, W — предназначаются для электродвигателя. Если не соблюсти этого правила, скорее всего придётся всё ремонтировать.

Также, поломка гарантирована, если на входы управляющего элемента осуществляется подача напряжения на 220 и 380 вольт.

Уход за преобразователем

Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:

  • Отслеживать оседание пыли на внутренних элементах и производить своевременную чистку устройства при помощи компрессора.
  • Удостоверяться в работоспособности узлов, которые используются механизме, и производить их замену, если возникает такая необходимость.
  • Соблюдать адекватную рабочую температуру (не более +40°С) механизма и уровень напряжения на управляющей шине.
  • Регулярно (не реже одного раза за 3 года) обновлять слой термопасты на силовых компонентах устройства.
  • По возможности соблюдать умеренный уровень влажности.

Частотные преобразователи. Работа и устройство. Типы и применение

Ротор электродвигателя начинает свое вращение с помощью электромагнитных сил от вращающегося магнитного поля, вызванного обмоткой якоря. Число оборотов определяется частотой тока в сети. Стандартное значение частоты тока составляет 50 герц. Это означает, что 50 периодов колебаний совершается за 1 секунду. В минуту число колебаний составит 50 х 60 = 3000. Значит, ротор будет вращаться 3000 оборотов в минуту.

Если научиться изменять частоту тока, то появится возможность регулировки скорости двигателя. Именно по этому принципу действуют частотные преобразователи.

Современное исполнение преобразователей частоты выглядит в виде высокотехнологичного устройства, состоящего из полупроводниковых приборов, совместно с микроконтроллером электронной системы. С помощью этой системы управления изменяются важные параметры электродвигателя, например, число оборотов.

Изменить скорость привода можно и с помощью механического редуктора шестеренчатого типа, либо на основе вариатора. Но такие механизмы имеют громоздкую конструкцию, их нужно обслуживать. С использованием частотника (инвертора) снижается расход на техническое обслуживание, повышается функциональность привода механизма.

Виды
По конструктивным особенностям частотные преобразователи делятся:
  • Индукционные.
  • Электронные.

Электродвигатели асинхронного типа с фазным ротором, подключенные в режим генератора, представляют подобие индукционного частотного преобразователя. Они имеют малые КПД и эффективность. В связи с этим такие виды преобразователей не нашли популярности в использовании.

Электронные виды частотников дают возможность плавного изменения оборотов электродвигателей.

При этом реализуются два возможных принципа управления:
  1. По определенной зависимости скорости от частоты тока.
  2. По способу векторного управления.

Первый принцип самый простой, но не совершенный. Второй принцип применяется для точного изменения оборотов двигателя.

Конструктивные особенности

Рис. 1

Частотные преобразователи имеют в составе основные модули:
  • Выпрямитель.
  • Фильтр напряжения.
  • Инверторный узел.
  • Микропроцессорная система.

Все модули связаны между собой. Действие выходного каскада (инвертора) контролирует блок управления, с помощью которого меняются свойства переменного тока. Частотный преобразователь для электромотора имеет свои особенности. В его состав входит несколько защит, управление которыми осуществляется микроконтроллером. Например, проверяется температура полупроводников, работает защита от превышения тока и короткого замыкания. Частотник подключается к сети питания через устройства защиты. Для запуска электродвигателя не нужен магнитный пускатель.

Выпрямитель

Это первый модуль, по которому проходит ток. Он преобразует переменный ток в постоянный, благодаря полупроводниковым диодам. Особенностью частотника является возможность его питания от однофазной сети. Разница в конструкции состоит в разных типах выпрямителей.

Если мы говорим про однофазный частотник для двигателя, то нужно использовать в выпрямителе четыре диода по мостовой схеме. При трехфазном питании выбирается схема из шести диодов. В итоге получается выпрямление переменного тока, появляется два полюса: плюс и минус.

Фильтр напряжения

Из выпрямителя выходит постоянное напряжение, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Для их сглаживания используют такие элементы, как электролитический конденсатор и катушка индуктивности.

Катушка имеет много витков, и обладает реактивным сопротивлением. Это дает возможность сглаживать импульсы тока. Конденсатор, подключенный к двум полюсам, имеет интересные характеристики. При прохождении постоянного тока он в силу закона Киргофа должен быть заменен обрывом, как будто между полюсами ничего нет. При прохождении переменного тока он должен быть проводником, то есть, не иметь сопротивления. В результате доля переменного тока замыкается и исчезает.

Инверторный модуль

Это узел, имеющий наибольшую важность в преобразователе частоты. Он изменяет параметры тока выхода, состоит из шести транзисторов. Для каждой фазы подключены по два транзистора. В каскаде инвертора применяются современные транзисторы IGBT.

Если изготавливать частотные преобразователи своими руками, то необходимо выбирать элементы конструкции, исходя из мощности потребления. Поэтому нужно сразу определить тип электродвигателя, который будет питаться от частотника.

Микропроцессорная система

В самодельной конструкции не получится добиться таких параметров, имеющихся у заводских моделей, так как в домашних условиях сделать управляющий модуль сложно. Дело не в пайке деталей, а в создании программы для микроконтроллера. Простой способ – это сделать управляющий блок, которым можно регулировать обороты двигателя, осуществлять реверс, защищать двигатель от перегрева и перегрузки по току.

Чтобы изменить обороты мотора, нужно применить переменное сопротивление, подключенное к вводу микроконтроллера. Это устройство подает сигнал на микросхему, которая производит анализ изменения напряжения и сравнивает его с эталоном (5 вольт). Система действует по алгоритму, который создается до начала создания программы. По нему действует микропроцессорная система.

Приобрели большую популярность управляющие модули Siemens. Частотные преобразователи этой фирмы надежны, могут применяться для любых электродвигателей.

Принцип действия

Основа работы инвертора состоит в двойном изменении формы электрического тока.

Напряжение подается на блок выпрямления с мощными диодами. Они удаляют гармонические колебания, однако оставляют импульсы сигнала. Чтобы их удалить, подключен конденсатор с катушкой индуктивности, образующие фильтр, который стабилизирует форму напряжения.

Далее, сигнал идет на частотный преобразователь. Он состоит из шести мощных транзисторов с диодами, защищающими от пробоя напряжения. Ранее для таких целей применялись тиристоры, но они не обладали таким быстродействием, и создавали помехи.

Чтобы подключить режим замедления мотора, в схему устанавливают транзистор управления с резистором, который рассеивает энергию. Такой способ дает возможность удалять образуемое двигателем напряжение, чтобы защитить емкости фильтра от выхода из строя вследствие перезарядки.

Метод управления векторного типа частотой инвертора дает возможность создания схемы, которая автоматически регулирует сигнал. Для этого применяется управляющая система:
  • Амплитудная.
  • Широтно-импульсная.

Амплитудная регулировка работает на изменении напряжения входа, а ШИМ – порядка действия переключений транзисторов при постоянном напряжении на входе.

При регулировании ШИМ образуется период модуляции, когда обмотка якоря подключается по очереди к выводам выпрямителя. Так как тактовая частота генератора высокая и находится в интервале 2-15 килогерц, то в обмотке мотора, имеющего индуктивность, осуществляется сглаживание напряжения до нормальной синусоиды.

Принцип подключения ключей на транзисторах

Каждый из транзисторов включается по встречно-параллельной схеме к диоду (Рис. 1). Через цепь транзистора протекает активный ток электродвигателя, реактивная часть поступает на диоды.

Чтобы исключить влияние помех на действие инвертора и электродвигателя, в схему подключают фильтр, который удаляет:
  • Радиопомехи.
  • Помехи от электрооборудования.

Об их образовании дает сигнал контроллер, чтобы снизить помехи, применяются экранированные провода от двигателя до выхода инвертора.

Чтобы оптимизировать точность функционирования асинхронных двигателей, в цепь управления инверторов подключают:
  • Ввод связи.
  • Контроллер.
  • Карта памяти.
  • Программа.
  • Дисплей.
  • Тормозной прерыватель с фильтром.
  • Охлаждение схемы вентилятором.
  • Прогрев двигателя.
Схемы подключения

Частотные преобразователи служат для работы в 1-фазных и 3-фазных сетях. Но если имеются промышленные источники питания на 220 вольт постоянного тока, то инверторы также можно подключать к ним.

Частотные преобразователи для 3-фазной сети рассчитаны на 380 вольт, их подают на мотор. 1-фазные частотники работают от сети 220 вольт, выдают на выходе 3 фазы. Частотник может подключаться к электродвигателю по схеме звезды или треугольника.

Обмотки мотора соединяются в «звезду» для частотника, работающего от трех фаз 380 вольт.

Обмотки двигателя соединяют «треугольником», когда инвертор запитан от 1-фазной сети.

При выборе метода подключения электродвигателя к частотнику необходимо определить мощности, которые создает двигатель на разных режимах, в том числе и медленный режим, тяжелый запуск. Преобразователь частоты нельзя эксплуатировать с перегрузкой длительное время. Его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет без аварий, и срок службы продлится.

Применение

Частотные преобразователи используются в устройствах с необходимостью регулировки скорости двигателя.

  • Приводы насосов. Уменьшает потери тепла и воды на 10%. Снижает количество аварий, защищает электродвигатели.
  • Вентиляционные системы. Экономия больше, чем при работе с насосами, так как для запуска мощных вентиляторов применяют мощные приводы агрегатов. Экономия появляется за счет снижения потерь на холостом ходу.
  • Транспортеры. Инверторы адаптируют скорость двигателя к скорости технологической системы, которая постоянно изменяется. Мягкий пуск повышает ресурс привода системы, так как нет ударных нагрузок, которые вредят оборудованию.
  • Компрессоры.
  • Дымососы.
  • Центрифуги.
  • Лифтовое оборудование.
  • Оборудование в деревообработке.
  • Робототехника.
Преимущества
  • Сглаживание работы мотора при запуске и торможении.
  • Возможность управления группой двигателей.
  • Плавное управление скоростью электродвигателей, без использования редукторов и других механических систем. Это позволяет упростить управление, сделать его дешевле и надежнее.
  • Используются совместно с асинхронными двигателями для замены приводов постоянного тока.
  • Образование многофункциональных систем управления приводами.
  • Изменение настроек непосредственно в работе, без останова.
Похожие темы:

Частотный преобразователь: устройство, принцип работы, назначение

Так как электропривод является одним из основных способов механизации производств и бытовых задач, в ряде случаев возникает необходимость регулировки оборотов электродвигателей. В зависимости от их вида и принципа работы используются различные технические решения. Одним из них является частотный преобразователь. Что это такое и где применяется частотник, мы расскажем в этой статье.

Определение

По определению частотный преобразователь – это электронный силовой преобразователь для изменения частоты переменного тока. Но в зависимости от исполнения изменяется и уровень напряжения, и число фаз. Может быть вам не совсем понятно, для чего нужен такой прибор, но мы постараемся рассказать о нём простыми словами.
Асинхронный электродвигатель
Частота вращения вала синхронных и асинхронных двигателей (АД) зависит от частоты вращения магнитного потока статора и определяется по формуле:

n=(60*F/p)*(1-S),

где n – число оборотов вала АД, p – число пар полюсов, s – скольжение, f – частота переменного тока (для РФ – 50 Гц).

Простым языком, частота вращения ротора зависит от частоты и числа пар полюсов. Число пар полюсов определяется конструкцией катушек статора, а частота тока в сети постоянна. Поэтому, чтобы регулировать обороты мы можем регулировать только частоту с помощью преобразователей.

Устройство

С учетом сказанного выше сформулируем заново ответ на вопрос, что это такое:

Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты переменного тока, следовательно, и числа оборотов ротора асинхронной (и синхронной) электрической машины.

Условное графическое обозначение согласно ГОСТ 2.737-68 вы можете видеть ниже:

УГО частотного преобразователя по ГОСТ

Электронным он называется потому, что в основе лежит схема на полупроводниковых ключах. В зависимости от функциональных особенностей и типа управления будут видоизменяться и принципиальная электрическая схема, и алгоритм работы.

На схеме ниже вы видите как устроен частотный преобразователь:

Блок-схема преобразователя частоты
Принцип действия преобразователя частоты лежит в следующем:

  • Сетевое напряжение подаётся на выпрямитель 1 и становится выпрямленным пульсирующим.
  • В блоке 2 сглаживаются пульсации и частично компенсируется реактивная составляющая.
  • Блок 3 – это группа силовых ключей, управляемых системой управления (4) методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такая конструкция позволяет получить на выходе двухуровневое ШИМ-регулируемое напряжение, которое после сглаживания приближается к синусоидальному виду. В дорогих моделях нашла применение трёхуровневая схема, где используется больше ключей. Она позволяет добиться более близкой к синусоидальной формы сигнала. В качестве полупроводниковых ключей могут использоваться тиристоры, полевые или IGBT-транзисторы. В последнее время наиболее востребованы и популярны последние два типа из-за эффективности, малых потерь и удобства управления.
  • С помощью ШИМ формируется нужный уровень напряжения, простыми словами – так модулируют синусоиду, поочередно включая пары ключей, формируя линейное напряжение.

Так мы кратко рассказали, как работает и из чего состоит частотный преобразователь для электродвигателя. Он используется в качестве вторичного источника электропитания и не просто управляет формой тока питающей сети, а преобразует его величину и частоту в соответствии с заданными параметрами.

Виды частотников и сфера применения

Способы управления

Регулировка оборотов может осуществляться разными способами, как по способу установки требуемой частоты, так и по способу регулирования. Частотники по способу управления делят на два типа:

  1. Со скалярным управлением.
  2. С векторным управлением.

Устройства первого типа регулируют частоту по заданной функции U/F, то есть вместе с частотой изменяется и напряжение. Пример такой зависимости напряжения от частоты вы можете наблюдать ниже.

Она может отличаться и программироваться под конкретную нагрузку, например, на вентиляторах она не линейная, а напоминает ветвь параболы. Такой принцип работы поддерживает магнитный поток в зазоре между ротором и статором почти постоянным.
Скалярная функция регулирования
Особенностью скалярного управления является его распространенность и относительная простота реализации. Используется чаще всего для насосов, вентиляторов и компрессоров. Такие частотники часто используют, если нужно поддерживать стабильное давление (или другой параметр), это могут быть погружные насосы для скважин, если рассматривать бытовое применение.
Электродвигатели в насосной на производстве
На производстве же сфера применения широка, например, регулировка давления в тех же трубопроводах и производительности автоматических систем вентиляции. Диапазон регулирования обычно составляет 1:10, простым языком максимальная скорость от минимальной может отличаться в 10 раз. Из-за особенностей реализации алгоритмов и схемотехники такие устройства обычно дешевле, что и является основным преимуществом.
Частотные преобразователи разной мощности
Недостатки:

  • Не слишком точная поддержка оборотов.
  • Медленнее реакция на изменение режима.
  • Чаще всего нет возможности контролировать момент на валу.
  • С ростом скорости сверх номинальной падает момент на валу двигателя (то есть когда поднимаем частоту выше номинальных 50 Гц).

Последнее связано с тем, что напряжение на выходе зависит от частоты, при номинальной частоте напряжение равняется сетевому, а выше частотник поднимать «не умеет», на графике вы могли видеть ровную часть эпюры после 50 Гц. Следует отметить и зависимость момента от частоты, она падает по закону 1/f, на графике ниже изображена красным, а зависимость мощности от частоты синим.
Зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты
Преобразователи частоты с векторным управлением имеют другой принцип работы, здесь не просто напряжение соответствует кривой U/f. Характеристики выходного напряжения изменяются в соответствии с сигналами от датчиков, так чтобы на валу поддерживался определенный момент. Но зачем нужен такой способ управления? Более точная и быстрая регулировка – отличительные черты частотного преобразователя с векторным управлением. Это важно в таких механизмах, где принцип действия связан с резким изменением нагрузки и момента на исполнительном органе.
Векторная диаграмма
Такая нагрузка характерна для токарных и других видов станков, в том числе ЧПУ. Точность регулирования до 1,5%, диапазон регулировки – 1:100, для большей точности с датчиками скорости и пр. – 0,2% и 1:10000 соответственно.

На форумах бытует мнение, что на сегодняшний день разница в цене между векторными и скалярными частотниками меньше чем была раньше (15-35% в зависимости от производителя), а главным отличием является в большей степени прошивка, чем схемотехника. Также отметим, что большинство векторных моделей поддерживают и скалярное управление.

Преимущества:

  • большая стабильность работы и точность;
  • быстрее реакция на изменения нагрузки и высокий момент на низкой скорости;
  • шире диапазон регулирования.

Главный недостаток – стоит дороже, чем скалярные.

В обоих случаях частота может задаваться вручную или датчиками, например, датчиком давления или расходомером (если речь вести о насосах), потенциометром или энкодером.

Во всех или почти во всех преобразователях частоты есть функция плавного пуска двигателя, что позволяет легче пускать двигатели от аварийных генераторов практически без риска его перегрузки.

Количество фаз

Кроме способов реагирования частотники отличаются и количеством фаз на входе и выходе. Так различают частотные преобразователи с однофазным и трёхфазным входом.

При этом большинство трёхфазных моделей могут питаться от одной фазы, но при таком применении их мощность уменьшается до 30-50%. Это связано с допустимой токовой нагрузкой на диоды и другие силовые элементы схемы. Однофазные же модели выпускаются в диапазоне мощностей до 3 кВт.

Важно! Учтите, что при однофазном подключении с напряжением на вход 220В, будет выход 3 фазы по 220В, а не по 380В. То есть линейное на выходе будет именно 220В, если говорить кратко. В связи с чем распространенные двигатели с обмотками, рассчитанными на напряжения 380/220В нужно соединять в треугольник, а те что на 127/220В – в звезду.

В сети вы можете найти много предложений типа «частотный преобразователь 220 на 380» — это в большинстве случаев маркетинг, продавцы любые три фазы называют «380В».

Чтобы получить настоящие 380В из одной фазы нужно либо использовать однофазный трансформатор 220/380 (если вход преобразователя частоты рассчитан на такое напряжение), либо использовать специализированный частотный преобразователь с однофазным входом и 380В трёхфазным выходом.
Миниатюрный преобразователь для насоса
Отдельным и более редким видом преобразователей частоты являются однофазные частотники с однофазным выходом 220. Они предназначены для регулировки однофазных двигателей с конденсаторным пуском. Примером таких устройств являются:

  • ERMAN ER-G-220-01
  • INNOVERT IDD

Схема подключения

В реальности же, чтобы получить из частотного преобразователя 380В выход 3 фазы, нужно подключить на вход 3 фазы 380В:
Схема подключения 3-фазного частотного преобразователя к 3ф двигателю
Подключение частотника к одной фазе аналогично, за исключением подключения питающих проводов:
Схема подключения 1-фазного частотника к 3-фазному двигателю
Однофазный преобразователь частоты для двигателя с конденсатором (насоса или вентилятора малой мощности) подключается по такой схеме:
Схема подключения 1-фазного преобразователя частоты к конденсаторному двигателю
Как вы могли видеть на схемах, кроме питающих проводов и проводов к двигателю у частотника есть и другие клеммы, к ним подключаются датчики, кнопки выносного пульта управления, шины для подключения к компьютеру (чаще стандарта RS-485) и прочее. Это даёт возможность управления двигателем по тонким сигнальным проводам, что позволяет убрать частотный преобразователь в электрощит.
Клеммы частотного преобразователя для подключения датчиков, питания и двигателя

Частотники – это универсальные устройства, назначение которых не только регулировка оборотов, но и защита электродвигателя от неправильных режимов работы и электропитания, а также от перегрузки. Кроме основной функции в устройствах реализуется плавный пуск приводов, что снижает износ оборудования и нагрузки на электросеть. Принцип работы и глубина настройки параметров большинства частотных преобразователей позволяет экономить электроэнергию при управлении насосами (ранее управление осуществлялось не за счет производительности насоса, а с помощью задвижек) и другим оборудованием.

На этом мы и заканчиваем рассмотрение вопроса. Надеемся, после прочтения статья вам стало понятно, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

Преобразователь частоты: описание и применение

Преобразователь частоты: вся информация об устройстве

Оглавление

Физическая основа преобразователей частоты.

Конструкция и принцип работы преобразователей частоты.

Выпрямитель.

Промежуточная цепь.

Инвертор.

Типы управления частотным преобразователем.

Интерфейсы частотных преобразователей.

ГОСТы и ТУ для частотных преобразователей.

Преимущества использования частотных преобразователей.

Недостатки преобразователей частоты.

Назначение и область применения частотных преобразователей.

Как выбрать частотный преобразователь?

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Техника безопасности при подключении преобразователя частоты.

Преобразователь частоты – это статическое преобразовательное устройство, которое предназначено для регулировки частоты электрического тока. Преимущественно он используется для управления скоростью вращения двигателей асинхронного типа и позволяет повысить эффективность их работы, а также снизить изнашиваемость узлов.

Теоретические основы по работе преобразователей частоты были изложены еще в 30-х годах 20 столетия, но на тот период из-за отсутствия транзисторов и микропроцессоров практическая их реализация была невозможной. Только, когда в США, Европе и Японии были разработаны недостающие компоненты, начали появляться первые вариации частотных преобразователей. С тех пор они претерпели существенных технологических изменений, но принцип их работы до сих пор строится на одних и тех же физических законах.

Работа преобразователей частоты строится на следующей формуле:

img

Из данного выражения сразу становится ясно, что при изменении частоты входного напряжения, которое в формуле обозначено, как f1, будет меняться и угловая скорость магнитного поля статора, которая определяет и скорость вращения самого статора. Такой эффект может быть достигнут только в случае, если величина p (количество пар полюсов) будет оставаться неизменной.

Что же это дает нам? Во-первых, возможность плавного регулирования скорости вращения. Особенно актуально это на пиковых нагрузках при запуске. Во-вторых, такая зависимость позволяет повысить скольжение двигателя асинхронного типа, увеличив его КПД.

Стоит также отметить, что такие характеристики, как коэффициент мощности, КПД, коэффициент перегрузочной способности принимают высокие значения именно при одновременном регулировании частоты и напряжения тока. Закономерности изменения этих параметров напрямую зависят от нагрузочного момента, который может принимать следующий характер:

  • Постоянный. При таком характере нагрузочного момента напряжение на статоре будет прямо пропорционально зависеть от частоты:

formula0

  • Вентиляторный. В данном случае напряжение будет пропорционально частоте в квадрате:

formula1 (1)

  • Обратно пропорциональный. В данном случае формула будет иметь следующий вид:

formula2

Вышеописанные выкладки подтверждают, что при одновременной регулировке частоты и напряжения с помощью частотного преобразователя можно обеспечить плавное и равномерное изменение скорости вращения вала.

Если рассматривать общую конструкцию преобразователей частоты, то в ней стоит выделить два основных блока компонентов:

  • Управления.
  • Электропреобразований.

Первый блок обычно представлен микропроцессором, который воспринимает команды от внешних систем управления и интерфейсов и передает непосредственно на электропреобразовательные элементы.

Блок электропреобразований является основным рабочим механизмом всей системы. Именно он отвечает за прием входного тока и преобразование его параметров до нужных значений, установленных оператором через управляющий блок. В состав данного блока входят следующие элементы:

  • Выпрямитель.
  • Промежуточная цепь.
  • Инвертор.

Поговорим о каждом более подробно.

Данный компонент предназначен для формирования пульсирующего напряжения в одно- или трехфазных сетях переменного тока. Выпрямители обычно строятся либо на диодах, либо на тиристорах. В первом случае они считаются неуправляемыми, а во втором управляемыми.

  • Неуправляемые выпрямители. В их конструкции используется две группы диодов, которые подсоединены к различным клеммам и проводят различные напряжения – положительное и отрицательное. В конечном счете выходное напряжение равняется разности напряжений на этих группах диодов и в математическом выражении имеет следующее значение: 1,35*входное напряжение сети.
  • Управляемые выпрямители. В конструкции таких выпрямителей вместо диодов используются тиристоры. На них может подаваться входящий сигнал a, который стимулирует задержку тока, выражаемую в градусах. В случаях, когда значение данного параметра колеблется в пределах 0-90 градусов, тиристоры играют роль выпрямителей, а когда в 90-300 градусов – инвертора. Выходное значение постоянного напряжения составляет: 1,35* входное напряжение сети*cos α.

Промежуточная цепь выполняет роль своеобразного хранилища, из которого электродвигатель получает энергию через инвертор. В зависимости от комбинации инвертора и выпрямителя промежуточная цепь может иметь одну из следующих формаций:

  1. Инвертор-источник питания. В данном случае промежуточная цепь имеет в составе мощную индуктивную катушку, которая преобразует напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток. Само напряжение двигателя определяется по нагрузке. Такой тип цепей может работать только с управляемыми выпрямителями.
  2. Инверторы - источники напряжения. В данном случае в промежуточной цепи используется фильтр, в состав которого входит конденсатор. Он сглаживает напряжение, поступающее от выпрямителя. Такие цепи способны работать с любыми типами выпрямителей.
  3. Цепь изменяющегося постоянного напряжения. В данном случае перед фильтром устанавливается прерыватель, в котором имеется транзисторы, выключающий и включающий подачу напряжения от выпрямителя. В данном случае фильтр обеспечивает сглаживает прямоугольные напряжения после прерывателя, а также поддерживает постоянное напряжение на заданной частоте.

Инвертор является последним звеном в частотном преобразователе перед самим электродвигателем. Именно он окончательно преобразует напряжение в нужный для работы вид. Вследствие вышеописанных преобразований, происходящих на выпрямителе и промежуточной цепи, инвертор получает:

  • Постоянный ток изменяющегося характера.
  • Изменяющееся или неизменное напряжение постоянного тока.

Собственно, сам инвертор и обеспечивает подачу напряжения необходимой частоты. Если на него поступает изменяемое напряжение или ток, то он создает только нужную частоту. Если же неизменяемое, то он создают и нужную частоту, и нужное напряжение.

Обычно в конструкции инверторов используются высокочастотные транзисторы, частота коммутации которых находится в диапазоне от 300 до 20 кГц.

Существует два основным метода управления электродвигателями с использованием частотных преобразователей:

  • Скалярный.
  • Векторный.

Асинхронные системы управления на сегодняшний день считаются самыми распространенными. Они используются в приводах вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д. Главный принцип, который лежит в основе скалярного управления, состоит в изменении частоты и амплитуды напряжения по закону U/fn = const, где n всегда больше 1. Соответственно, меняя напряжение U, мы изменяем и частоту f в степени n. При этом степенное значение определяется в зависимости от особенностей самого частотного преобразователя и его назначения.

Сама методика скалярного управления достаточно проста с точки зрения ее технической реализации, но при этом имеет два существенных недостатка. Первый заключается в том, что без дополнительного датчика скорости вы не сможете регулировать скорость вала, ведь она напрямую зависит от нагрузки. Данную проблему можно решить простым приобретение датчика.

Но существует еще один недостаток – невозможность регулировки момента. Казалось бы, данная проблема тоже решается покупкой датчика момента. Но он достаточно дорог, да и само управление получится весьма спорным. К тому же, совместно управлять и скоростью и моментом при скалярном типе управления невозможно.

Векторный тип управления подразумевает, что в саму систему закладывается математическая модель работы электродвигателя, что позволяет на программном уровне по входным параметрам рассчитывать и скорость, и момент. При этом обязательно только наличие датчика, который будет снимать показатели тока фаз статора.

Существует два класса векторных систем управления:

  • Без датчиков скорости.
  • С датчиками скорости.

Их использование в тех или иных случаях определяется в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Если диапазон изменения скорости вращения вала не превышает 1:100, а требования по точности не более 0,5%, то отлично подойдет система без датчиков.

Если же диапазон изменения скорости составляет 1:1000, а требования по точности установлены на уровне до 0,02%, то лучше использовать системы управления с датчиками.

Стоит отметить, что у векторного управления также есть свои недостатки. Например, для их настройки требуются большие вычислительные мощности и знание рабочих параметров двигателей. Кроме того, векторное управление не может использоваться там, где в преобразователю частот подключено сразу несколько рабочих агрегатов – там целесообразно применять скалярные системы.

В конструкции большинства современных частотных преобразователей имеется целый набор различных интерфейсов, через которые можно осуществлять подключение стороннего оборудования или синхронизировать несколько частотников. Рассмотрим основные входы и выходы, используемые в подобных устройствах:

  • Аналоговый вход. Данный интерфейс служит для приема стандартного аналогового сигнала производственного диапазона, который располагается в пределах от 0(4) до 20мА или от 0 до 10В. Через него можно осуществлять регулировку работы частотного преобразователя. Например, минимальная величина аналогового сигнала может сигнализировать устройству о том, что выходная частота, поступающая на двигатель, должна иметь свое минимальное значение и наоборот – максимальная должна соответствовать максимальной. 
  • Аналоговый выход. Данный выход по своему функционалу аналогичен входу. Только в этом случае он передает информацию о частоте, поступающей на двигатель, через аналоговый сигнал определенной величины, что позволяет контролировать режим работы.
  • Дискретный вход. Данный вход способен принимать скачкообразные сигналы. Как и аналоговый вход, он способен изменять параметры. Например, минимальный сигнал может соответствовать мгновенной минимальной выходной частоте преобразователи, а максимальный – максимальной выходной частоте.
  • Дискретный выход. Данный выход позволяет выполнять аналогичные входу операции только в обратном порядке.
  • RS-485. Данный интерфейс является полноценным входом, который позволяет в полной мере взаимодействовать с преобразователем частот, например, через компьютер. С его использованием можно настраивать рабочие параметры оборудования, отслеживать его состояние и т.д. В интерфейсе RS-485 используется особенный дифференциальный сигнал, который позволяет проводить линии длиной до 120 метров. Таким образом, можно установить преобразователь частот на производственном участке, а управление им осуществлять в командной рубке, удаленной от рабочего пространства.

Кроме того, в частотных преобразователях могут использоваться и другие интерфейсы. Все зависит от конкретной модели устройства и его производителя.

Собственно, как и любые технические средства, используемые на производственных предприятиях и в оборудовании, частотные преобразователи и требования к ним регламентируются определенной технической базой, а именно следующими документами:

  • Правила устройства электроустановок 7-е издание.
  • ГОСТ 24607-88 Преобразователи частоты.
  • ГОСТ 13109-97 Совместимость технических средств электромагнитная.
  • ГОСТ Р 51137-98 Электроприводы регулируемые асинхронные.
  • ФЗ 261 Федеральный закон об энергосбережении и энергоэффективности.
  • ТР ТС 00_2011 Электромагнитная совместимость технических средств.
  • ГОСТ26284-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Условные обозначения.
  • ГОСТ23414-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Термины и определения.
  • ГОСТ 4.139-85 Система показателей качества продукции. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Номенклатура показателей.

В соответствии с описанными в этих документах требованиями должен осуществлять выбор конкретной модели устройства, а также ее установка и отладка.

Частотные преобразователи нашли широкое применение в самых различных производственных нишах и оборудовании. Столь высокий спрос на подобные устройства обусловлен следующими преимуществами их использования:

  • Уменьшение тока запуска. В случае запуска электродвигателя с помощью прямых пускателей наблюдается резкое увеличение тока, значения которого превышают номинальное в 7-15 раз. Это негативно сказывается на электропривод и может привести к пробою изоляции, выгоранию контактов и ряду других негативных последствий. Кроме того, такой способ запуска оказывает влияние и на механические компоненты системы. В момент пуска рабочие узлы двигателя подвергаются высоким нагрузкам, что приводит к их более быстрому износу. Благодаря частотным преобразователям можно существенно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель, продлив срок его безремонтной эксплуатации.
  • Экономичность. Как правило, двигатели, поддерживающие работу вентиляционных и насосных систем, всегда работают на одной и той же частоте, а регулировка давления и других рабочих показателей осуществляется с помощью арматуры (шиберы, заслонки и т.д.). Это приводит к нерациональному расходованию электроэнергии. В случае использования преобразователей частот можно осуществлять настройку рабочих параметров системы за счет корректировки интенсивности работы двигателя. Это дает возможность более рационально расходовать его ресурсы.
  • Повышенная адаптивность. При использовании частотных преобразователей можно конструировать автоматизированные системы, которые по установленным алгоритмам будут корректировать работу оборудования. Это снижает трудозатраты производственных процессов и позволяет сделать их более точными за счет исключения человеческого фактора.
  • Ремонтопригодность. В случае поломки преобразователя частот вы можете отдать его в мастерскую, где мастер заменит вышедшие из строя детали. Правда, это касается только электропреобразующего блока – с блоками управления все намного сложнее и они более требовательны с точки зрения восстановления.

Частотные преобразователи являются оптимальным решением для организации самых различных производственных процессов и отладки рабочего оборудования, на базе которого используются электромоторы.

Частотные преобразователи также имеют и свои недостатки. К ним следует отнести:

  • Дороговизна. Частотные преобразователи являются самым дорогим преобразовательным оборудованием. Правда, данный недостаток весьма относителен с учетом того, что такие устройства позволяют продлить срок эксплуатации электродвигателей, а также увеличить срок их безремонтной эксплуатации.
  • Ограниченность. Далеко не все старые электродвигатели способны работать в связке с частотным преобразователем. Даже, если это возможно с технической точки зрения, то эксплуатационного ресурса устаревших моделей может просто не хватить на постоянные скачки частоты и скорости вращения вала.
  • Сложность настройки и подключения. Преобразователь частот достаточно сложно установить самостоятельно, поэтому для выполнения подобных работ часто приходится привлекать сторонних специалистов, а это в свою очередь влечет определенные финансовые затраты.

Если сопоставить недостатки и преимущества частотных преобразователей, то они, все равно, выглядят более эффективными даже на фоне других преобразовательных устройств. Именно это и делает их особенно популярными в производственных отраслях, где они используются практически повсеместно.

Частотные преобразователи уже много лет используются в строительстве электромеханических устройств и агрегатов. Они позволяют модулировать частоту тока, что в свою очередь делает возможной точную регулировку скорости вращения двигателя. На сегодняшний день частотники используются во многих отраслях деятельности. Мы рассмотрим лишь некоторые из них:

  • Пищевая промышленность. Частотные преобразователи часто используются для регулировки работы фасовочных линий. Они позволяют настроить скорость подачи продукта и движения ленты в соответствии с пропускной способностью самого упаковочного станка. Кроме того, их часто используют в крупных миксерных агрегатах, вентиляционных системах и т.д.
  • Механизация производственного оборудования. Без преобразователей частоты не обходятся конвейерные ленты, покрасочные и моющие станки, прессы, штамповочное оборудование и т.д. Такие устройства позволяют контролировать скорость рабочих процессов, снижая вероятность повреждения продукции и повышая качество конечного результата.
  • Медицина. Относительно любого медицинского оборудования всегда устанавливаются самые высокие технические требования, добиться соответствия которым невозможно без использования управляемых электродвигателей в связке с частотником. Они устанавливаются в различных системах жизнеобеспечения, подъемных механизмах кроватей и т.д.
  • Подъемно-транспортное обеспечение. Лифты, подъемные краны, подъемники – все эти средства уже давно используют преобразователи частоты. Они позволяют точно контролировать скорость выполнения различных операций, а также продлевать срок безремонтной эксплуатации оборудования.

Перечислять области применения частотных преобразователей можно бесконечно, ведь их можно использовать в любом оборудовании, использующем электродвигатели.  

Следует выделить несколько основных параметров, на которые нужно обращать внимание  при выборе частотного преобразователя:

  • Мощность. Данный параметр частотного преобразователя должен соответствовать мощности двигателя, с которым он будет использоваться. Следует выбирать устройство, мощность которого будет соответствовать номинальному току. Покупать частотный преобразователь с очень завышенными характеристиками попросту бессмысленно, ведь он обойдется намного дороже, да и с наладкой могут возникнуть проблемы.
  • Тип нагрузки. Тут все зависит от того, как осуществляется работа агрегата, к которому будет подключен частотный преобразователь. Например, при вентиляторных нагрузках не бывает перегрузок, а в случае с работой пресса – ток может превышать номинальные значения  на 60 и более процентов. Соответственно, необходимо учитывать это при выборе и оставлять определенный запас «хода».
  • Тип охлаждения двигателя. Двигатели могут оснащаться принудительными системами охлаждения либо иметь самообдув. Во втором случае к крыльчатке ротора прикрепляются специальные лопасти, которые вращаются вместе с ним и обдувают двигатель. Соответственно, нормальная степень обдува в данном случае напрямую зависит от частоты вращения. Если двигатель продолжительное время будет работать на пониженной частоте, то это может привести к перегреву. Соответственно, лучше позаботиться о дополнительном охлаждении, если изменение частоты будет больше 10% от номинального значения.
  • Входное напряжение. Данный показатель определяет, при каком напряжении способен работать преобразователь частот. Тут мало знать, что в сети напряжение обычно составляет около 380 В. Часто происходят скачки в диапазоне +-30%. Кроме того, в сетях, куда подключено большое количество силового оборудования, часто случаются выбросы в 1 кВ. Соответственно, чем шире диапазон рабочих напряжений у преобразователя частот, тем надежнее он будет работать.
  • Способ торможения. Остановка двигателя может осуществляться либо инверторным мостом, либо электродинамическим способом. Первый метод больше подходит для точного и быстрого торможения, а второй – в механизмах с частым торможением либо при необходимости постепенной остановки. На это обязательно следует обратить внимание.
  • Окружающая среда и защита. Обычно в паспорте преобразователя частоты указаны условия, при которых должно использоваться устройство. Например, влагозащищенные модели соответствуют стандарту IP 54 – они устойчивы к воздействию влаги и могут использоваться в помещениях с паровыми испарениями и повышенной влажностью.
  • Тип управления и интерфейсы. Обязательно необходимо обратить внимание на наличие подходящих для подключения разъемов, а также возможностей правления – некоторые модели предназначены для монтажа на месте, а другие – в отдельной рубке управления.

Если вы никогда не работали с преобразователями частоты, лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Если рассмотреть монтаж преобразователя частоты схематически, то вес процесс сводиться к соединению контактов самого устройства, электродвигателя и управляющего блока-предохранителя. Достаточно соединить провода всех элементом, подключить двигатель к сети и запустить его.

На первый взгляд, ничего сложного в этом нет, но, на самом деле, процедура монтажа имеет некоторые свои нюансы:

  • Очень важно, чтобы в цепи между самим частотником и источником питания был установлен предохранитель. Он позволит своевременно отключать устройства в случае перепадов напряжения, сохраняя их работоспособность. Примечательно, что при подключении к трехфазной сети, необходимо, чтобы сам предохранитель также был трехфазным, но имел общий рычаг для отключения. Это даст возможность отключать питание сразу на всех фазах даже, если только на одной случилось короткое замыкание или перегрузка. Если преобразователь подключается к однофазной сети, то и предохранитель должен быть однофазным. В данном случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы по его установке. С ними необходимо ознакомиться еще до начала работ.
  • Фазовые выходы частотного преобразователя подключаются к контактам самого электродвигателя. При этом в зависимости от напряжения частотника обмотки двигателя могут иметь формацию «звезда» или «треугольник».  Обычно на корпусе двигателя указано два значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются «звездой», если большему – «треугольником». Вся эта информация обычно пропечатывается в инструкции.
  • В комплекте практически с каждым преобразователем частоты прилагается выносной пульт управления. Он не является обязательным элементов цепи, ведь на самом устройстве также есть свои элементы управления, но позволяют существенно упростить работу с оборудованием. Пульт можно монтировать на любом расстоянии от частотника. Обычно делается это следующим образом: преобразователи частоты, которые имеют низкую степень защиты располагаются подальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно к рабочему месту около оборудования.

Не менее важным этапом установки частотного преобразователя является его тестовый запуск. Он осуществляет по следующей схеме:

  • После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, частотник, двигатель) необходимо перевести рукоять на пульте управления в активное положение на несколько градусов.
  • Тумблеры предохранителя переключить в положение «ВКЛ». После этого на частотном преобразователи должны загореться световые индикаторы, которые будут сигнализировать, что оборудование подключено правильно, а двигатель должен начать медленно вращаться.
  • Если вал двигателя начал вращаться в другу от нужной сторону, необходимо перепрограммировать сам частотный преобразователь на реверсное движение. Практически все современные устройства поддерживают такую функцию.
  • Постепенно передвигайте рукоять управления и следите за работой двигателя – частота вращения вала должна расти по мере того, как вы передвигаете рукоять.

Если при тестовом запуске никаких проблем обнаружено не было, значит, вы сделали все правильно и система может включаться в рабочий процесс.

Следует выделить несколько основных правил безопасности, о которых нужно помнить при выполнении работ по подключению частотных преобразователей:

  • Категорически запрещается касаться любой частью тела к токоведущим элементам цепи. Это может нанести ущерб вашему здоровью или даже лишить жизни. Перед началом работ рекомендуется полностью обесточить оборудование и использовать специальные электромонтажные инструменты с защитой от ударов током.
  • Стоит помнить, что даже после угасания индикаторов на устройстве в цепи может оставаться напряжение. Чтобы избежать ударов током при работе с системами до 7 кВт необходимо выждать 5 минут до начала работ, с агрегатами свыше 7 кВт – 15 минут. Этого времени должно хватить, чтобы все конденсаторы в цепи разрядились.
  • Заземление является неотъемлемой частью любой электрической цепи, включая цепь частотный преобразователь-двигатель. Оно должно устанавливаться в виде отдельного кабеля и ни в коем случае не может присоединяться к нулевой шине.
  • Стоит помнить, что отключения частотного преобразователя не гарантирует, что в других узлах сети не осталось напряжения, поэтому перед ремонтом или обслуживанием необходимо полностью отключить цепь от сети.

Выполнять работы по подключению преобразователей частоты могут только квалифицированные специалисты, имеющие соответствующую подготовку, а также необходимые допуски.

Рекомендации по покупке частотных преобразователей

Покупка частотного преобразователя является достаточно ответственным делом, ведь подобные устройства стоят достаточно дорого и на них возлагаются очень серьезные задачи, поэтому некорректность работы оборудования может привести не только к финансовым потерям, но и остановке всего производства или других работ.

Перед тем как покупать преобразователь частот, необходимо:

  • Определиться с параметрами, которые будут соответствовать вашему электродвигателю.
  • Составить рабочую схему, по которой будет осуществляться монтаж и подключение оборудования.
  • Выбрать дополнительные модели, которые будут подключаться к самому преобразователю.
  • Закупить все необходимые кабеля, крепления и каркасы, необходимые для установки.
  • Подготовить рабочую площадку для монтажа. Возможно, нужно будет оборудовать дополнительные источники питания или реорганизовать производственное оборудование для возможности его подключения к преобразователю.

Многие в связи с дороговизной преобразователей частот покупают б/у устройства. Такой подход более рискованный, чем покупка новой продукции, но позволяет сэкономить некоторую сумму денег.  Если вы также решили купить бывший в употреблении преобразователь, то стоит его тщательно проверять не только по внешним признакам, но и в работе. Лучше всего, если продавец не будет демонтировать его со своего объекта и сможет продемонстрировать его работоспособность на практике.

Опять же, если вы никогда не сталкивались с покупкой преобразователя частоты, лучше поручить это дело профессионалу, который сможет подобрать для вас подходящую модель и помочь с ее установкой.

Преобразователи частоты. 12 важных вопросов при выборе и установке

Преобразователи частоты (ПЧ) — один из основных элементов комплексных решений для энергетических и промышленных проектов. Современные частотные преобразователи — это продукт высоких технологий, они выпускаются с применением новейших разработок и способны не только управлять скоростью вращения электродвигателя, но и защищать электропривод от преждевременного выхода из строя, обеспечивать контроль множества параметров во время его работы. Грамотно выбрать преобразователь частоты, сориентировавшись в многообразии предложений — задача сложная и ответственная, ведь от принятого решения зависит стабильность производственных процессов. Разобраться со всеми тонкостями выбора поможет эта статья.

Часть 1. Зачем нужен преобразователь частоты?

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели. Он обеспечивает плавный пуск, непрерывное автоматическое регулирование скорости и момента во время работы, а также множество других параметров работы электродвигателя. В ряде применений преобразователи обеспечивают снижение потребления электроэнергии до 50 %. Современные ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) способны снижать пусковые токи в среднем в 4-5 раз и выдерживать перегрузки до 200 %.

На сегодняшний день в интернете можно найти большое количество рекомендаций и советов по подбору ПЧ, однако в большинстве случаев они являются общими, неконкретными и никак не применимыми на практике. Как же сориентироваться в огромном количестве критериев и выбрать подходящее оборудование? Рекомендации дают специалисты IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехнического оборудования: Артем Мошечков (ведущий инженер) и Петр Ивлев (специалист по техническому обучению Академии IEK GROUP).

— Зачем устанавливать и использовать преобразователь частоты?

Артем Мошечков: «Данное оборудование решает сразу несколько задач: управляет скоростью вращения электродвигателя, защищает его и в определенных режимах обеспечивает энергосбережение. ПЧ снижает слишком большой пусковой ток и момент, исключая удары, рывки и повышенные механические нагрузки на привод. Также преобразователь частоты позволяет защищать электродвигатель при коротком замыкании, страхует при отклонениях от номинального напряжения сети, контролирует температуру механизма, не допускает перегрева. Таким образом ПЧ обеспечивает более длительную и надежную работу привода, минимизирует затраты на обслуживание и ремонт. Кроме того, в определенных сферах применения и режимах работы преобразователь частоты снижает потребление электроэнергии на 30-50 %».

— Есть задача: выбрать и купить преобразователь частоты. С чего начать?

Петр Ивлев: «Модельный и функциональный ряд современного оборудования предлагает множество вариантов для решения широкого спектра задач. От самых простых до обеспечивающих управление сложнейшими автоматизированными электроприводами. Существует несколько основных критериев, основываясь на которых следует принимать решение о выборе той или иной модели частотного преобразователя».

Чтобы подобрать нужный вариант ПЧ, необходимо прежде всего определиться: для каких именно целей выбирается оборудование, какие конкретные задачи оно должно выполнять. Разумеется, необходимо знать условия эксплуатации и основные характеристики электродвигателя, для управления которым необходим ПЧ.

Современные серии преобразователей частоты включают до нескольких десятков моделей. Например, в линейке CONTROL-L620 IEK®, выведенной на рынок нашей компанией в 2017 году, представлено оборудование от 0,75 до 560 киловатт. В семействе CONTROL-А310 IEK® диапазон мощностей — до 22 киловатт, при этом уже с 11 киловатт есть возможность изготовить преобразователь со встроенным дросселем постоянного тока, что продлевает срок службы преобразователя. Номинальные напряжения — 220 и 380 В.

ПЧ CONTROL-L620 IEK®ПЧ CONTROL-A310 IEK®

Такой бренд, как ONI®, предлагает сразу четыре марки частотных преобразователей: ONI-А400, ONI-М680, ONI-A650 и ONI-К800 — в диапазоне мощностей от 0,4 до 132 кВт.


— Мощность, номинальный ток, напряжение питающей сети: как сориентироваться в этих параметрах?

Петр Ивлев: «Указанные критерии очень важны для оптимальной работы оборудования».
  • Мощность ПЧ должна быть равна мощности двигателя либо превышать ее. В случаях «тяжелого» применения, с высокими пусковыми нагрузками, допускается, чтобы мощность преобразователя была выше на одну, реже — на две ступени. Современные преобразователи частоты имеют большой диапазон мощности. Опять же обратимся к конкретным примерам оборудования: в линейке серии CONTROL-A310 представлены модели с мощностью от 0,4 до 22 кВт в режиме HD и от 0,75 до 22 кВт в режиме ND. Преобразователи частоты CONTROL-L620 поддерживают мощность в режиме HD от 0,75 до 500 кВт, в режиме ND — от 1,5 до 560 кВт. Есть и более узкий разбег: например, ПЧ линейки ONI-А400 работают в пределах мощности от 0,2 до 3,7 кВт.
  • Следующий критерий — номинальный ток. Электропривод не работает в идеальном режиме — всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Поэтому наряду с мощностью при выборе ПЧ обращают внимание на номинальный ток электродвигателя и преобразователя частоты. Рабочее значение данного параметра у ПЧ берется либо с запасом относительно номинального тока двигателя, либо номинал в номинал. Это делается для того, чтобы обезопасить электропривод от возможных перегрузок.
  • Если говорить о напряжении питающей сети, то самыми распространенными моделями, которые используются на производстве, в ЖКХ и прочих сферах народного хозяйства, являются преобразователи напряжения 220 и 380 В. Напомню: значение данного параметра питающей сети и электродвигателя должно быть одинаковым.

— Какой преобразователь частоты лучше — однофазный или трехфазный?

Артем Мошечков: «В интернете можно прочитать, что однофазный преобразователь частоты обладает менее широким спектром возможностей, но это не так. Он способен решать все поставленные задачи».

На вход инвертора такого ПЧ подается однофазное напряжение соответствующей сети, которое на выходе формируется в трехфазное с частотой от 0 до 400 и выше Гц. Таким образом, при помощи однофазного ПЧ можно подключить обычный асинхронный трехфазный двигатель к однофазной сети. Для этого требуется подключить двигатель к преобразователю, правильно скоммутировав обмотки двигателя (на напряжение 220 В). Такие преобразователи частоты есть в семействе ONI — это серия А400, которая предназначена для управления асинхронными двигателями в системах небольшой мощности, но с большими перегрузками.

Трехфазные преобразователи частоты более распространены. Они преобразуют напряжение трехфазной промышленной сети и регулируют большое количество параметров электродвигателя. Примеры оборудования:

  • CONTROL-A310 IEK®,
  • CONTROL-L620 IEK®,
  • ONI-А400,
  • ONI-М680,
  • ONI-A650,
  • ONI-К800.

Часть 2. Нюансы

Использование ПЧ позволяет регулировать скорость электродвигателя от нуля до номинального значения и выше

— Как правильно подобрать диапазон регулирования частоты и какой способ управления выбрать?

Петр Ивлев: «Использование ПЧ позволяет регулировать скорость электродвигателя от нуля до номинального значения и выше. При этом важно помнить, что преобразователь может обеспечить на выходе напряжение, равное напряжению питающей сети. Образно говоря, если двигателю нужно 690 В, а ПЧ рассчитан на 380 В — это в корне неправильный подбор оборудования».

О способах управления

В интернете много теоретической информации о том, какой вариант лучше. На самом деле основывать свой выбор надо не на оценках метода управления, а на области применения преобразователя частоты. В оборудовании, которое работает с кранами, подъемными механизмами или протяжными станками используется векторный способ. В насосах и вентиляторах, то есть в тех механизмах, где скорость практически не меняется, обычно используется скалярный. Оба этих метода решают одну задачу: регулировки скорости и изменения момента.

— Что такое ПИД-регулятор, управляющие входы/выходы, и насколько это важно?

Петр Ивлев: «Пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД-регулятор) управляет внешними процессами, анализируя сигналы обратной связи, поступающие на преобразователь частоты. Этот регулятор есть в 95 % современных преобразователей частоты».

Самый простой пример его использования: требуется поддерживать постоянное давление в трубе 5 Бар. ПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим работы ПЧ.

Простой примерПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим его работыГрафик интервалов

Что касается входов и выходов

Сегодня большинство преобразователей частоты имеют в базовой комплектации аналоговые и цифровые входы/выходы, последовательный интерфейс и т.д. Такой набор функций позволяет интегрировать ПЧ в большинство автоматических систем, без ограничений в выборе способов управления преобразователем.

  • Дискретное (цифровое) управление считается самым простым, данные входы используются для передачи основных команд: пуск или остановка электропривода, регулирование скорости, переключение между режимами работы ПЧ. Такие выходы сообщают о неисправностях, достижениях заданных пределов по частоте и току, дают команды на включение ведомых электроприводов и т.д. На один дискретный вход можно задать необходимую функцию, выбрав из более чем нескольких десятков.
  • Аналоговое управление решает другие задачи. Например, обеспечивает плавное регулирование. Также данный способ управления позволяет проводить постоянный мониторинг и контролировать состояние необходимых параметров системы. Сигналы поступают на вход ПЧ с соответствующих датчиков.
  • Управление по последовательному интерфейсу используется для построения сложной автоматизированной системы. Данный способ позволяет управлять сразу несколькими преобразователями частоты, причем они могут находиться далеко друг от друга. Такой способ значительно сокращает число проводов, одновременно увеличивая возможности передачи информации. Наиболее универсальным и, соответственно, популярным и надежным интерфейсом (протоколом) для подключения к ПЧ на сегодняшний день считается Modbus (RS485).
Modbus (RS485)

— На что еще стоит обратить внимание, выбирая преобразователь частоты?

Артем Мошечков: «Разумеется, на функциональность, эргономичность оборудования, наличие дополнительных возможностей, понятный интерфейс. Важный для многих вопрос — условия работы и монтажа ПЧ. Например, преобразователи частоты серии CONTROL-А310 и L620 IEK® требуют достаточного свободного пространства для охлаждения, а ONI-А400 можно монтировать по принципу «стенка к стенке». Но все эти серии отличаются малыми габаритами и неприхотливостью в монтаже».

В некоторых линейках есть возможность использования стандартной витой пары UTP кат. 5e для выносного монтажа идущей в комплекте панели управления, что позволяет максимально упростить и до 10 раз удешевить монтаж панели управления по сравнению с преобразователями, использующими специальные коммутационные шлейфы.

Обращайте внимание на условия эксплуатации: например, если необходимо, чтобы преобразователь частоты безотказно работал при высокой влажности, стоит рассмотреть серию CONTROL-L620 IEK® — данное оборудование без дополнительного охлаждения можно эксплуатировать при относительной влажности до 95 % и температуре от -10 до +40 °C. А специальное покрытие плат, в соответствии с промышленными стандартами, позволяет применять эти преобразователи в тяжелых условиях.

Обязательно поинтересуйтесь, какие силовые ключи используются при сборе ПЧ — одними из самых надежных являются IGBT производства компании Infineon. Они позволяют существенно повысить надёжность и отказоустойчивость оборудования.

Система управления частотным преобразователем должна быть интуитивно понятной, функциональной, вариативной. В передовых моделях, например, таких как серия ONI-M680, источником управляющего сигнала может быть кнопочная панель, промышленная сеть, цифровые входы и импульсный вход. Имеется возможность подключения исполнительных устройств, датчиков, программируемых логических контроллеров. Некоторые входы и выходы способны функционировать в различных режимах.

И, разумеется, важны сертификация, гарантия производителя. Если говорить о тех сериях, на основе которых мы разбирали принципы работы ПЧ, то у линейки CONTROL IEK® расчетный срок службы составляет 7 лет, гарантия — два года. Все преобразователи, выпускающиеся под этой маркой, имеют сертификаты соответствия ГОСТ. Аналогичные показатели у частотных преобразователей семейства ONI®.

Часть 3. Особенности применения ПЧ для различного оборудования

— Преобразователь частоты для насосного оборудования: что он дает?

Артем Мошечков: «В случае с насосным оборудованием чаще всего требуется защитить трубопровод от гидроударов во время запуска насоса, а сам электропривод — от преждевременного выхода из строя и работы в аварийном режиме. Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения».
Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения

Для решения этих задач требуется обеспечить плавный пуск насосов и плавное же изменение частоты вращения электродвигателя. Причем диапазон значений должен быть достаточно широк: во время пиковой нагрузки электропривод работает на номинальных оборотах, обеспечивая необходимый расход воды. При малом разборе поддерживается в рабочем состоянии, потребляя тот минимум электроэнергии, который необходим в данный момент. Также в сфере ЖКХ с помощью ПЧ возможно создание автоматизированной каскадной системы насосов, когда, в зависимости от разбора воды в жилых домах, работает один насос или, например, три. С помощью специальных функций преобразователь частоты позволяет экономить электроэнергию — это происходит за счет автоматической остановки работающего насоса при отсутствии расхода воды в системе.

С этой задачей справятся ПЧ следующих серий: CONTROL-A310 IEK®, CONTROL-L620 IEK®, ONI-А400, ONI-M680. Однако наиболее удачным выбором станет преобразователь частоты ONI-A650, разработанный специально для применения в системах вентиляции и насосных установках. Уже в базовой конфигурации он содержит специальную плату каскадного управления насосами, что позволяет объединить до 5 насосов в единый каскад.

Мнение: Преобразователь частоты ONI-К800 был применен в приводе насоса системы водоснабжения и в приводе конвейера. Зарекомендовал себя с положительной стороны. При настройке и в ходе эксплуатации легко монтировались силовые и контрольные кабели, преобразователь просто настраивался с лицевой панели. Обладает большим функционалом защит, большим количеством входов-выходов.
Начальник отдела ЭМП АО «Уралгипромез» Д.Н. Томашевский.

— Какие преобразователи частоты подойдут для грузоподъемных механизмов (крановое оборудование, лебёдки)?

Петр Ивлев: «Современный крановый механизм — очень сложная система. Поэтому преобразователь частоты для электропривода такого механизма должен соответствовать высоким требованиям: обладать высокой перегрузочной способностью (до 200 %), уметь управлять механическим тормозом электродвигателя, иметь возможность подключения тормозного резистора (встроенный тормозной модуль) и организации обратной связи для регуляции скорости вращения электродвигателя. Последняя необходима для обеспечения быстрого обмена информацией между звеньями системы, непрерывного мониторинга всех процессов и точного управления параметрами во время работы сложнейшего кранового механизма».

Преобразователи частоты для электродвигателей грузоподъемных механизмов позволяют организовать надежное управление электроприводом при подъеме и опускании груза, поворотах стрелки, обеспечивая вертикальное и горизонтальное перемещение без раскачивания, с различными скоростями, таким образом гарантируя максимальную производительность.

В зависимости от модели крана, это могут быть следующие виды частотных преобразователей:

  • для обеспечения плавного перемещения крана можно порекомендовать серии CONTROL-L620 IEK®, ONI-M680 и ONI-K800;
  • для надежной работы лебёдки подъёма, в зависимости от задачи, подойдут М680 и К800.

— Как преобразователь частоты работает в случае с транспортерным и конвейерным оборудованием?

Артем Мошечков: «При запуске таких механизмов возникает пусковой ток, превышающий номинальный в 6-7 раз, а также — большая нагрузка на детали механизма и, как следствие, повышенный износ узлов или перегрев электродвигателя. Это самая частая причина отказов подобного оборудования. Далее, в процессе работы привод обычно вращается с одинаковой скоростью. Поэтому для механизмов непрерывного транспорта очень важны плавный разгон и торможение без рывков, пробуксовок, остановок, а также постоянная заданная скорость движения. Следовательно, преобразователь частоты для такого оборудования решает задачи по обеспечению постоянной скорости транспортера или конвейера, повышению уровня надежности (так как значительно снижает количество отказов как механического, так и электрического происхождения), устранению перегрузок во время запуска».
Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп»

Использование преобразователей частоты с электродвигателями конвейеров и транспортеров позволяет не просто автоматизировать запуск, регулирование скорости и остановки ленты, но и создавать более сложные алгоритмы работы оборудования (зависит от выбранной модели ПЧ и подключенных датчиков).

Мнение: Преобразователь частоты CONTROL-L620 IEK® номинальной мощностью 5.5 был установлен на подающем конвейере в установке № 2 для сушки травяной муки. Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп». Оборудование зарекомендовало себя с положительной стороны. Во время тестирования все функции работали в заявленном штатном режиме, замечаний во время эксплуатации выявлено не было.
Заместитель генерального директора по IT ПАО «Птицефабрика Боровская» С.М. Солкин.

— Есть ли смысл использовать преобразователи частоты для вентиляторного оборудования?

Петр Ивлев: «Есть. ПЧ для вентиляторного оборудования регулирует скорость вращения вала электропривода, позволяя экономить на электричестве. В случае установки дополнительного датчика, который передает оперативные данные о текущей потребности в воздухе на преобразователь, последний изменяет скорость вращения электродвигателя. Это позволяет экономить электроэнергию на 20-40 %. Кроме того, ПЧ надежно защищает электропривод вентилятора от бросков тока и перегрузок за счет плавного пуска и такой же плавной остановки вала».

Можно порекомендовать к установке на вентиляторное оборудование преобразователи частоты следующих серий: ONI-A650, CONTROL-A310 IEK®, CONTROL-L620 IEK®, ONI-A400.

— «Тяжелый» или «нормальный» режим работы преобразователя частоты — какой выбрать?

Артем Мошечков: «Современные ПЧ обеспечивают пуск и работу двигателей в нормальном или тяжелом режиме. Для их обозначения используются аббревиатуры ND — нормальный и HD — тяжелый».
Режимы работы двигателя

В режиме ND величина вращающего момента постоянна, независимо от скорости вращения двигателя. В частности, таким образом работают насосы.

Тяжелый режим (НD) характеризуется нагрузкой с переменным вращающим моментом — как в случае с экструдерами, конвейерами или компрессорами. При этом существуют частотные преобразователи, которые поддерживают сразу два указанных режима, что позволяет экономить бюджет при проектировании различных систем. Например, преобразователи частоты IEK® серий CONTROL-A310 и L-620 могут работать как в ND-режиме, так и в режиме HD. Также оба режима поддерживают ПЧ ONI-М680.

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

Главной технологической задачей является повышение скорости любого производственного процесса.

Сначала в промышленности для форсирования использовались коробки передач, редукторы, вариаторы. Однако эти механизмы не обеспечивали плавный пуск оборудования и требуемое убыстрение. Используя электромашины постоянного тока, которые уже позволяли гибко регулировать вращение. Но они имели недостатки: высокая стоимость и эксплуатационная сложность.

Потом, для передачи движения большинству механизмов и машин начали применять асинхронные двигатели. Простые по конструкции, надёжные в управлении и низкой стоимости. Это определило их преимущество в электрорегулируемых приводах.

Однако, для его использования в технологических процессах необходимо было создать дополнительное устройство, позволяющее исполнять плавный пуск, остановку, то есть, управление скоростью двигателя. Эта функцию выполняет преобразователь частоты ПЧ, решающий главную задачу — регулирование скоростью привода.

Внедрение полупроводниковых материалов, использование тиристорных преобразователей началось в середине двадцатого века. Потом появились транзисторные устройства, отличающиеся надёжностью, компактностью, простыми в эксплуатации и недорогой ценой.

Их применение в конструкциях преобразователей частоты обеспечивает приводам выполнять многие технологических задач в промышленности, перерабатывающей отрасли, объектов ЖКХ, в автоматизации технологических процессов.

Состав частотника

Компоновка частотно-управляемого привода включает в себя: двигатель синхронного или асинхронного типа и преобразователя частоты ПЧ. Первые, превращают энергию в механическое движение технологического узла. А функции управления осуществляет электронное статическое устройство, которое на своём выходе формирует напряжение с варьируемой амплитудой и частотой.

Назначение

Преобразователь частоты преобразует переменное напряжение (ток) одной частоты в другую, отличающуюся от источника питания более широким диапазоном. Эти характеристики устройства регулируют вращение двигателя, выполняют плавный пуск и остановку. Они обладают электромагнитной совместимостью с источником питания от сети.

Есть два вида управления преобразователя частоты. Векторный и скалярный. Первый работает так, чтобы момент вращения двигателя был постоянен к нагрузке и не изменялся на всём диапазоне управления скоростью. Контролируется не только напряжение и частота, но и ток (момент).

Второй — более простой. Особенность работы заключается в сохранении и контроле постоянства отношения напряжения и частоты.

Характеристики, понятия, глоссарий ПЧ

Диапазон величин наладки

Его расширение позволяет гибко подстраивать устройство под требуемые цели и задачи.

Выходная частота

Это границы или линейка её изменений. Можно продемонстрировать на таком примере. Двигатель, подключённый к сети 50 Гц, показывает скорость вращения 1,5 тыс. об/мин, то при подаче 100 Гц он повысит её в два раза до 3 тыс.

Векторное управление

Метод регулировки электродвигателя, превосходящий точность простого частотного корректирования.

Области применения

Там, где необходимо поддерживать неизменную скорость при импульсной загрузке: станки, транспортёры, лифты, мельницы. А также при необходимости на малых оборотах электродвигателя поддерживать момент.

Напряжение источника питания

Некоторые модели преобразователей частоты предназначены для однофазной энергии переменного тока 200—240 вольт (2,2 кВт). Более мощные типы преобразователей обеспечиваются трёхфазным током 380—480 В. Колебание величин от номинального, стандартного напряжения составляет от — 15 + 10 процентов.

ПИД-регулятор

Прибор, работающий по алгоритму, поддерживающий величины производственного процесса в пределах, установленных датчиком. Это температура, скорость, давление. Он упрощает систему, и не требует комплектации дополнительными устройствами.Наличие сигнальных входов/выходов, аналоговых/дискретных, необходимые для связи преобразователя частоты с системой управления. Достаточное их количество упрощает соединение с другими средствами регулирования.

Юстировка скорости

Такая подгонка необходима при подключении к работающему двигателю преобразователя частоты, который, как правило, свой запуск начинает со стартовой частоты и за время разгона достигает номинального режима. Во вращающимся двигателе может произойти недопустимый рывок. Оснащённый преобразователь функцией юстировки учитывает данные машины и согласовывает с частотой, на которой она находилась в текущий момент. Это необходимо для подхвата работающего электродвигателя при отключении или смене сетевого питания.

Динамическое торможение

Этот процесс выполняется подачей постоянного тока на одну фазу электродвигателя. Взаимодействие её магнитного поля и ротора останавливает вращение быстрее, чем это можно сделать другими способами. Например, понижением напряжения (управляемый выбег) или механическим торможением.

Режим использования многих скоростей

Возможность их установки, выбирают путём подключения сигнальных входов частотного преобразователя, что соответствует значительному числу потребителей. Которым заранее определены фиксированные скорости. В производственных процессах эту функцию используют повсеместно.

Опции

В конструкцию преобразователя включены добавочные модули, расширяющие его возможности управления электроприводом.

Пример: линейка преобразователей частоты Веспер

  1. EI-7011.  Используется для общепромышленных процессов.
  2. EI-P 7012.  Устанавливается в приводах насосного оборудования.
  3. EI-9011 векторного исполнения. Гибкий выбор требуемой скорости до 0,02% с диапазоном 1:1000.Регулируемый максимальный момент. Монтируется в производственных линиях, кранах, лифтах. В них увеличен изменяемый диапазон нагрузки начиная от запуска и до остановки.
  4. E3—9100. Является многофункциональным, векторным преобразователем. Компактный, недорогой заменяет ПЧ марки EI-7011, 9011. Точность регулировки 0,2%. При частоте в один Гц стартовый момент достигает 150%. Применяют в подъемных кранах, транспортёрах экструдерах, насосах, вентиляторах.
  5. EI — 7011, P 7012, 9011 в исполнении IP 54. Устанавливают во влажной среде, запылённости. Брызгозащитная конструкция предохраняет от влияния неблагоприятных внешних условий.
  6. E2—8300. Векторный малогабаритный с логическим контроллером. Применяют в приводах с быстро меняющейся или постоянной (вентиляторной) нагрузкой. В транспортёрах, конвейерах, мельницах, компрессорах, насосах.
  7. E3—8100. Общепромышленного назначения. Используется в маломощных приводах. Компактный, небольшие габариты.
  8. E2 — mini Корпус IP 20. Оборудован пультом управления, фильтром для уменьшения электромагнитных помех и рядом других функций. Применяется в регулировании вентиляторов, швейных машин, насосов, транспортёров.
  9. E2 — mini выполненный IP 65 Повышенная защита. Герметическая конструкция ограждает от попадания воды, пыли. Естественная система охлаждения. На лицевой панели расположены дополнительные ручки управления. Применяется в металлургической, химической, пищевой и перерабатывающей отрасли.


Устройство плавного запуска Софт-стартер Отличается снижением на машину и источник питания предельных колебаний нагрузок. Исключено повреждение ходовых узлов, продлевающих сроки службы оборудования.

Преимущества частотного преобразователя

  1. Расширенный диапазон регулировки оборотов.
  2. Удержание необходимой скорости с минимальными отклонениями от номинальной.
  3. Пуск и остановка привода без перегрузок.
  4. Управляемый момент вращения двигателя.
  5. Вероятность дистанционного регулирования.
  6. Доступ подключения с другим контроллером.
  7. Простота монтажа электропривода с АСУ.
  8. Понижение шума работающих двигателей.
  9. Исключение пиковой нагрузки на электросеть.
  10. Защита двигателя от короткого замыкания при скачках напряжения.
  11. Эффективность применения преобразователя частоты как фактор оптимизации затрат
  12. Экономия энергоресурсов за счёт исключения непроизводительных потерь может составить до 50%. В системе теплоснабжения она достигает 10%. Водопотребление снижается на 20 процентов.
  13. Ограничение пусковых токов, исключение, динамических нагрузок повышает эксплуатационный срок оборудования.
  14. Снижение себестоимости продукта изготовителя за счёт внедрения энергосберегающей технологии.
  15. Уменьшение вероятности аварийных обстоятельств.

Рекомендуемый выбор частотного преобразователя

Учитывают задачи, стоящие перед использованием электропривода. Для их решения определяют:

  • Мощность и тип двигателя, который может быть стандартным, асинхронным или специальным.
  • Электрическая совместимость с нагрузкой.
  • Применение преобразователя частоты с одной машиной или с несколькими.
  • Границы регулируемой скорости.
  • Точность выполнения команд по удержанию момента вращения.

Особенности конструкции преобразователя частоты:

  • Габариты устройства.
  • Внешний вид.
  •  Вероятность подключения дополнительного пульта регулирования.

Преобразователь частоты подходящей мощности должен соответствовать данным асинхронного двигателя. Для большого пускового момента, укороченного разгона или быстрой остановки преобразователя частоты заказывают уровнем выше стандартного. Используя синхронные, высокоскоростные, и другие типы электромашин, руководствуются номинальным током ПЧ. Его величина должна быть выше потребляемого уровня. А также учитывают тонкости наладки данных электропривода.

Полезно знать покупателю

С особенностями выбора можно ознакомиться в поставщика. Там же квалифицированно обсуждают специальные требования заказчика в том числе:

Предпродажная оценка состояния объекта покупателя, обеспечивающая правильный подбор преобразователя частоты. В него входит уточнение технических условий для внедрения решения. Выявление рисков и их минимизации. Составление оптимальной схемы монтажа оборудования в производственный процесс.

Выделение отдельного консультанта, обеспечивающего сотрудничество с продавцом начиная с подбора преобразователя частоты, оформление заказа, до отгрузки со склада на площадку монтажа. Он поможет решить вопрос по обслуживанию и в дальнейшем устранять возникающие проблемы эксплуатации.

Замена ПЧ устаревшего образца или импортного производства.

Компания может оказать услугу по передаче персоналу покупателя навыков и опыт использования частотных преобразователей.

Преобразователи частоты

| Авиация, морские перевозки и многое другое

Авиация
Преобразователи частоты

Marine
Преобразователи частоты

От берега до корабля

Промышленные преобразователи частоты

От 50 Гц до 60 Гц / от 60 Гц до 50 Гц

Что такое преобразователь частоты?

Проще говоря, преобразователь частоты - это устройство преобразования энергии.Преобразователь частоты преобразует базовую синусоидальную мощность с фиксированной частотой и фиксированным напряжением (сетевое питание) в выходной сигнал переменной частоты и переменного напряжения, используемый для управления скоростью асинхронных двигателей.

Зачем нужен преобразователь частоты?

Основная функция преобразователя частоты в водной среде заключается в экономии энергии. За счет регулирования скорости насоса, а не регулирования расхода с помощью дроссельных клапанов, можно значительно сэкономить энергию. Например, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии на 50%.Ниже описывается снижение скорости и соответствующая экономия энергии. Помимо экономии энергии, значительно увеличился срок службы крыльчатки, подшипников и уплотнений

Доступно множество различных типов преобразователей частоты, которые предлагают оптимальный метод согласования производительности насоса и вентилятора с требованиями системы. Чаще всего используется преобразователь частоты. Он преобразует стандартную мощность предприятия (220 В или 380 В, 50 Гц) в регулируемое напряжение и частоту для питания двигателя переменного тока. Частота, применяемая к двигателю переменного тока, определяет скорость двигателя.Двигатели переменного тока обычно представляют собой такие же стандартные двигатели, которые могут быть подключены к линии переменного тока. За счет включения байпасных пускателей работа может поддерживаться даже в случае отказа инвертора.

Преобразователи частоты

также имеют дополнительное преимущество - увеличенный срок службы подшипников и уплотнений насоса. Поддерживая в насосе только давление, необходимое для удовлетворения требований системы, насос не подвергается воздействию более высокого давления, чем необходимо. Следовательно, компоненты служат дольше.
Те же преимущества - но в меньшей степени - применимы и к вентиляторам, работающим от преобразователей частоты.

Для достижения оптимальной эффективности и надежности многие специалисты по спецификациям получают от производителей подробную информацию об эффективности преобразователя частоты, требуемом техническом обслуживании, диагностических возможностях преобразователя частоты и общих рабочих характеристиках. Затем они проводят подробный анализ, чтобы определить, какая система даст наилучшую отдачу от инвестиций.

Дополнительные преимущества преобразователей частоты

Помимо экономии энергии и лучшего управления технологическим процессом, преобразователи частоты могут предоставить другие преимущества:

  • Преобразователь частоты может использоваться для управления технологической температурой, давлением или расходом без использования отдельного контроллера.Соответствующие датчики и электроника используются для сопряжения управляемого оборудования с преобразователем частоты.
  • Расходы на техническое обслуживание можно снизить, поскольку более низкие рабочие скорости приводят к увеличению срока службы подшипников и двигателей.
  • Устранение дроссельных клапанов и заслонок также отменяет обслуживание этих устройств и всех связанных с ними средств управления.
  • Устройство плавного пуска для двигателя больше не требуется.
  • Контролируемая скорость нарастания в жидкостной системе может устранить проблемы гидравлического удара.
  • Способность преобразователя частоты ограничивать крутящий момент до уровня, выбранного пользователем, может защитить приводимое оборудование, которое не может выдерживать чрезмерный крутящий момент.
Анализировать систему в целом

Поскольку процесс преобразования входящей мощности с одной частоты на другую приведет к некоторым потерям, экономия энергии всегда должна происходить за счет оптимизации производительности всей системы. Первым шагом в определении потенциала энергосбережения системы является тщательный анализ работы всей системы.Чтобы обеспечить экономию энергии, необходимы подробные знания о работе оборудования и технологических требованиях. Кроме того, следует учитывать тип преобразователя частоты, предлагаемые функции и общую пригодность для применения.

Внутренняя конфигурация преобразователя частоты

Преобразователи частоты содержат три первичные секции:

  • Схема выпрямителя - состоит из диодов, тиристоров или биполярных транзисторов с изолированным затвором. Эти устройства преобразуют мощность сети переменного тока в постоянный ток.
  • DC Bus - состоит из конденсаторов, которые фильтруют и накапливают заряд постоянного тока.
  • Инвертор
  • - состоит из высоковольтных мощных транзисторов, которые преобразуют мощность постоянного тока в выход переменного тока с переменной частотой и напряжением, подаваемый на нагрузку.

Преобразователи частоты также содержат мощный микропроцессор, который управляет схемой инвертора для создания почти чистого синусоидального напряжения переменной частоты, подаваемого на нагрузку. Микропроцессор также управляет конфигурациями входов / выходов, настройками преобразователя частоты, состояниями неисправности и протоколами связи.

Или для получения дополнительной информации о преобразователях частоты используйте форму ниже

.

Основы преобразователя частоты

Для достижения высокой эффективности, отличной управляемости и энергосбережения в приложениях, связанных с промышленными асинхронными двигателями, необходимо использовать системы регулируемых преобразователей частоты. Система преобразователя частоты в настоящее время представляет собой двигатель переменного тока, питаемый от статического преобразователя частоты. Современный преобразователь частоты отлично подходит для двигателей переменного тока и прост в установке. Однако одна важная проблема связана с несинусоидальным выходным напряжением. Этот фактор вызвал массу нежелательных проблем.Повышенные потери в асинхронном двигателе, шум и вибрация, пагубное воздействие на систему индукционной изоляции и выход из строя подшипников являются примерами проблем систем, связанных с преобразователями частоты. Повышенные индукционные потери означают снижение выходной мощности индукции для предотвращения перегрева. Лабораторные измерения показывают, что повышение температуры может быть на 40% выше при использовании преобразователя частоты по сравнению с обычными источниками питания. Постоянные исследования и совершенствование преобразователей частоты помогли решить многие из этих проблем.К сожалению, кажется, что решение одной проблемы акцентировало внимание на другой. Снижение потерь в индукции и преобразователе частоты ведет к увеличению вредного воздействия на изоляцию. Производители индукционных устройств, конечно, знают об этом. На рынке начинают появляться новые индукционные конструкции (инверторные двигатели). Лучшая изоляция обмотки статора и другие конструктивные улучшения гарантируют, что асинхронные двигатели будут лучше адаптированы для применений с преобразователями частоты.

Введение
Одной из наиболее серьезных проблем асинхронного двигателя была сложность его адаптации к регулировке скорости.Синхронная скорость двигателя переменного тока определяется следующим уравнением.

n s = 120 * f / p
n с = синхронная скорость
f = частота электросети
p = номер полюса

Единственный способ отрегулировать скорость для данного количества полюсов - это изменить частоту.

Основной принцип
Теоретически основная идея проста, процесс преобразования стабильной частоты линии электропередачи в переменную частоту в основном выполняется в два этапа:

  1. Источник переменного тока преобразуется в постоянное напряжение.
  2. Постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение желаемой частоты.
Преобразователь частоты в основном состоит из трех блоков: выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора.

Различные типы преобразователей частоты
Инвертор источника напряжения PWM (VSI)
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) широко применяется в промышленности преобразователей частоты. Они доступны от нескольких сотен ватт до мегаватт.

Преобразователь ШИМ не обязательно должен точно соответствовать нагрузке, необходимо только убедиться, что нагрузка не потребляет ток, превышающий номинальный ток преобразователя ШИМ. Вполне возможно запустить индукцию 20 кВт с преобразователем PWM на 100 кВт. Это большое преимущество, которое упрощает работу приложения.

В настоящее время преобразователь частоты ШИМ использует биполярный транслятор с изолированным затвором (IGBT). Современные преобразователи частоты с ШИМ работают очень хорошо и не сильно отстают от конструкций с синусоидальным источником питания - по крайней мере, не в диапазоне мощностей до 100 кВт или около того.

Инвертор источника тока (CSI)
Инвертор источника тока представляет собой грубую и довольно простую конструкцию по сравнению с ШИМ. В цепях питания используются простые тиристоры или тиристоры, что делает его намного дешевле. Кроме того, он очень надежен. Конструкция обеспечивает защиту от короткого замыкания благодаря большим индукторам в звене постоянного тока. Он крупнее ШИМ.

Раньше инвертор источника тока был лучшим выбором для больших нагрузок. Недостатком инвертора источника тока является необходимость согласования с нагрузкой.Преобразователь частоты должен быть рассчитан на используемый асинхронный двигатель. Фактически, сама индукция является частью перевернутой цепи.

Инвертор источника тока подает на асинхронный двигатель ток квадратной формы. На низких скоростях индукция создает зубцовый момент. Этот тип преобразователя частоты будет создавать больше шума на источнике питания по сравнению с преобразователем PWM. Нужна фильтрация.

Сильные переходные процессы выходного напряжения являются дополнительным недостатком инвертора источника тока.В худших случаях переходные процессы могут почти в два раза превышать номинальное напряжение. Также существует риск преждевременного износа изоляции обмотки при использовании этого преобразователя частоты. Этот эффект наиболее серьезен, когда нагрузка не соответствует преобразователю частоты должным образом. Это может произойти при работе с частичной нагрузкой. Этот вид преобразователя частоты все больше теряет свою популярность.

Векторное управление потоком (FVC)
Управление вектором магнитного потока - это более сложный тип преобразователя частоты, который используется в приложениях, требующих экстремального управления.Например, на бумажных фабриках необходимо очень точно контролировать скорость и силу растяжения.

Преобразователь частоты FVC всегда имеет какой-то контур обратной связи. Этот тип преобразователя частоты обычно не представляет особого интереса для насосов. Это дорого, и его преимуществами нельзя воспользоваться.

Влияние на двигатель
Индукция лучше всего работает при питании от источника чистого синусоидального напряжения. Чаще всего это происходит при подключении к надежному источнику питания от электросети.

Когда индукция подключена к преобразователю частоты, на него будет подаваться несинусоидальное напряжение - больше похоже на напряжение срезанной прямоугольной формы. Если мы подадим на трехфазную индукцию симметричное трехфазное квадратное напряжение, все гармоники, кратные трем, а также четные числа будут исключены из-за симметрии. Но остались цифры 5, 7 и 11, 13 и 17, 19 и 23, 25 и так далее. Для каждой пары гармоник меньшее число вращается в обратном направлении, а большее число - в прямом.

Скорость асинхронного двигателя определяется основным числом, или числом 1, из-за его сильного доминирования. Что теперь происходит с гармониками?

С точки зрения гармоник кажется, что индукция заблокировала ротор, что означает, что скольжение для гармоник составляет приблизительно 1. Это не дает никакой полезной работы. В результате в основном возникают потери в роторе и дополнительный нагрев. В частности, в нашем приложении это серьезный исход. Однако с помощью современных технологий можно устранить большую часть гармоник в индукционном токе, тем самым уменьшив дополнительные потери.

Преобразователь частоты до
Самые первые преобразователи частоты часто использовали простое прямоугольное напряжение для питания асинхронного двигателя. Они вызвали проблемы с нагревом, и индукция работала с типичным шумом, вызванным пульсацией крутящего момента. Намного лучшая производительность была достигнута, если просто исключить пятый и седьмой. Это было сделано за счет дополнительного переключения сигнала напряжения.

Преобразователь частоты сегодня
В наши дни эта техника стала более сложной, и большинство недостатков остались в прошлом.Разработка быстрых силовых полупроводников и микропроцессора позволила адаптировать схему переключения таким образом, чтобы исключить большинство вредных гармоник.

Частоты переключения до 20 кГц доступны для преобразователей частоты в диапазоне средних мощностей (до нескольких десятков кВт). Индукционный ток с этим типом преобразователя частоты будет иметь форму синуса.

При высокой частоте коммутации индукционные потери остаются низкими, но потери в преобразователе частоты увеличиваются.Общие потери увеличиваются при чрезмерно высоких частотах переключения.

Некоторые основы теории двигателя
Производство крутящего момента в асинхронном двигателе можно выразить как

. T = V * τ * B [Нм]
V = Активный объем ротора [м 3 ]
τ = ток на метр окружности отверстия статора
B = Плотность потока в воздушном зазоре
B = пропорционально (E / ω) = E / (2 * π * f)
ω = угловая частота напряжения статора
E = индуцированное напряжение статора

Для достижения наилучших характеристик на различных скоростях становится необходимым поддерживать соответствующий уровень намагничивания для индукции для каждой скорости.

Диапазон различных характеристик крутящего момента показан на следующем рисунке. Для нагрузки с постоянным крутящим моментом соотношение V / F должно быть постоянным. Для нагрузки с квадратичным крутящим моментом постоянное соотношение V / F приведет к чрезмерно высокой намагниченности при более низкой скорости. Это приведет к излишне высоким потерям в стали и потерям сопротивления (I 2 R).

Лучше использовать квадратное отношение V / F. Потери в стали и потери I 2 R, таким образом, снижаются до уровня, более приемлемого для фактического момента нагрузки.

Если мы посмотрим на рисунок, то обнаружим, что напряжение достигло своего максимума и не может быть увеличено выше базовой частоты 50 Гц. Диапазон выше базовой частоты называется диапазоном ослабления поля. Следствием этого является то, что уже невозможно поддерживать необходимый крутящий момент без увеличения тока. Это приведет к проблемам с нагревом того же типа, что и при нормальном пониженном напряжении от синусоидальной электросети. Скорее всего, будет превышен номинальный ток преобразователя частоты.

Работа в диапазоне ослабления поля
Иногда возникает соблазн запустить насос на частотах выше частоты промышленной сети, чтобы достичь рабочей точки, которая в противном случае была бы невозможна. Это требует дополнительной осознанности. Мощность на валу насоса будет увеличиваться в кубе скорости. Превышение скорости на 10% потребует на 33% больше выходной мощности. Грубо говоря, можно ожидать, что повышение температуры увеличится примерно на 75%.

Тем не менее, есть предел тому, что мы можем выжать из индукции при превышении скорости.Максимальный крутящий момент индукции будет падать как функция 1 / F в диапазоне ослабления поля.

Очевидно, что индукция пропадет, если преобразователь частоты не сможет поддерживать ее с напряжением, которое соответствует необходимому крутящему моменту.

Снижение номинальных характеристик
Во многих случаях индукция работает с максимальной мощностью от синусоидальной электросети, и любой дополнительный нагрев недопустим. Если такая индукция питается от преобразователя частоты какого-либо типа, то, скорее всего, она должна работать с меньшей выходной мощностью, чтобы избежать перегрева.

Нет ничего необычного в том, что преобразователь частоты для больших насосов мощностью более 300 кВт добавляет дополнительные индукционные потери в размере 25–30%. В верхнем диапазоне мощности только некоторые преобразователи частоты имеют высокую частоту переключения: от 500 до 1000 Гц обычно для преобразователей частоты предыдущего поколения.

Для компенсации лишних потерь необходимо уменьшить выходную мощность. Мы рекомендуем общее снижение характеристик на 10–15% для больших насосов.

Поскольку преобразователь частоты загрязняет питающую сеть гармониками, энергокомпания иногда предписывает входной фильтр.Этот фильтр снижает доступное напряжение обычно на 5–10%. Следовательно, индукция будет работать при 90–95% номинального напряжения. Следствие - дополнительный обогрев. Может потребоваться снижение номинальных характеристик.

Пример
Предположим, что выходная мощность фактического двигателя насоса составляет 300 кВт при 50 Гц, а повышение температуры составляет 80 ° C при использовании синусоидальной электросети. Дополнительные потери на 30% приведут к нагреву на 30%. Консервативное предположение состоит в том, что повышение температуры зависит от квадрата мощности на валу.

Чтобы не превышать 80 ° C, необходимо уменьшить мощность на валу до

P пониженный = √ (1 / 1,3) * 300 = 263 кВт
Уменьшение может быть достигнуто либо за счет уменьшения диаметра рабочего колеса, либо за счет снижения скорости.

Преобразователь частоты Потери
Когда определяется общий КПД системы преобразователя частоты, необходимо учитывать внутренние потери преобразователей частоты. Эти потери преобразователя частоты непостоянны, и их нелегко определить.Они состоят из постоянной части и части, зависящей от нагрузки.

Постоянные потери:
Потери на охлаждение (вентилятор охлаждения) - потери в электронных схемах и так далее.

Потери, зависящие от нагрузки:
Коммутационные потери и свинцовые потери в силовых полупроводниках.

На следующем рисунке показан КПД преобразователя частоты как функция частоты при кубической нагрузке для блоков мощностью 45, 90 и 260 кВт. Кривые характерны для преобразователей частоты в диапазоне мощностей 50–300 кВт; с частотой коммутации около 3 кГц и с IGBT второго поколения.

Влияние на изоляцию двигателя
Выходные напряжения современных преобразователей частоты имеют очень короткое время нарастания напряжения.

dU / dT = 5000 В / мкс - обычное значение.
Такой крутой скачок напряжения вызовет чрезмерное напряжение в изоляционных материалах индукционной обмотки. При малом времени нарастания напряжение в обмотке статора не распределяется равномерно. При синусоидальном источнике питания напряжение между витками индукционной обмотки обычно равномерно распределяется.С другой стороны, с преобразователем частоты до 80% напряжения будет падать на первом и втором витках. Поскольку изоляция между проводами является слабым местом, это может оказаться опасным для индукции. Короткое время нарастания также вызывает отражение напряжения в индукционном кабеле. В худшем случае это явление удвоит напряжение на индукционных клеммах. Индукция, подаваемая от преобразователя частоты на 690 вольт, может подвергаться воздействию напряжения до 1900 вольт между фазами.

Амплитуда напряжения зависит от длины индукционного кабеля и времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение происходит в кабеле длиной от 10 до 20 метров.

Для обеспечения работоспособности и длительного срока службы двигателя абсолютно необходимо, чтобы обмотка была адаптирована для использования с преобразователем частоты. Индукторы для напряжений выше 500 вольт должны иметь усиленную изоляцию. Обмотка статора должна быть пропитана смолой, обеспечивающей изоляцию без пузырьков или полостей.Тлеющие разряды часто начинаются вокруг полостей. Это явление в конечном итоге приведет к разрушению изоляции.

Есть способы защитить двигатель. Помимо усиленной системы изоляции, может потребоваться установка фильтра между преобразователем частоты и индукцией. Такие фильтры можно приобрести у большинства известных поставщиков преобразователей частоты.

Фильтр обычно замедляет время нарастания напряжения с

dU / dT = от 5000 В / мкс до 500-600 В / мкс
Выход из строя подшипника
Поломка вращающегося оборудования часто может быть связана с поломкой подшипника.Помимо чрезмерного нагрева, недостаточной смазки или усталости металла, электрический ток через подшипники может быть причиной многих загадочных поломок подшипников, особенно при больших индукциях. Это явление обычно вызвано несимметрией магнитной цепи, которая индуцирует небольшое напряжение в структуре статора, или током нулевой последовательности. Если потенциал между конструкцией статора и валом становится достаточно высоким, через подшипник будет происходить разряд.Небольшие электрические разряды между телами качения и дорожкой качения подшипника в конечном итоге могут повредить подшипник.

Использование преобразователей частоты увеличивает вероятность отказа подшипников такого типа. Технология переключения современного преобразователя частоты вызывает ток нулевой последовательности, который при определенных обстоятельствах проходит через подшипники.

Самый простой способ вылечить эту проблему - воздвигнуть препятствие для тока. Обычный метод заключается в использовании подшипника с изолирующим покрытием на наружном кольце.

Выводы
Использование преобразователя частоты не означает беспроблемного использования. Множество вопросов, на которые необходимо обратить внимание при проектировании. Будет ли необходимо, например, ограничивать доступную мощность на валу для предотвращения чрезмерного нагрева? Во избежание этой проблемы может оказаться необходимым работать с меньшей выходной мощностью.

Будет ли изоляция асинхронного двигателя сопротивляться воздействию инвертора? Нужна ли фильтрация? Современные эффективные инверторы пагубно влияют на изоляцию из-за высокой частоты переключения и короткого времени нарастания напряжения.

Какую максимальную длину кабеля можно использовать без полного отражения напряжения? Амплитуда напряжения зависит как от длины кабеля, так и от времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение будет происходить в кабелях длиной от 10 до 20 метров.

Может быть необходимо использовать изолированные подшипники, чтобы предотвратить попадание тока нулевой последовательности в подшипники?

Только когда мы решим все эти вопросы, мы сможем принимать правильные решения относительно использования преобразователя частоты.

.

Как выбрать правильный преобразователь частоты для частотно-регулируемого привода (VSD)?

Application: Brackish water - 3 APP 2,2 equiped with Danfoss inverters for flexible use at universety. Place of installation: UK Применение: солоноватая вода - 3 APP 2,2, оборудованные инверторами Danfoss для гибкого использования во вселенной. Место установки: UK

Выбор преобразователя частоты для частотно-регулируемых приводов требует большого опыта. Если опыт недоступен, часто бывает полезно посетить либо эталонный завод с аналогичными приложениями, либо выставки или торговые выставки.


Контрольный список

Ниже приводится краткий контрольный список моментов, которые следует учитывать:

  1. Подробная информация о машине, подлежащей контролю
  2. Экологические данные
  3. Сеть
  4. Техническое обслуживание, эксплуатация, персонал
  5. Финансы критерии
  6. Защитные меры для операторов / преобразователя / двигателя
  7. Стандарты / нормативы
  8. Соображения по охране окружающей среды
  9. Также важно…

Приложения для приводов VLT (ВИДЕО)

Некоторые из интересных приложений, выполняемых с приводами Danfoss VLT:

  1. Приводы VLT на большой опреснительной установке
  2. Приводы VLT управляют вентиляторами градирни
  3. Управление VLT оптимизирует скорость вращения шпинделя на индийской текстильной фабрике
  4. Преобразователи частоты VLT приводят в действие систему обработки пакетов
  5. Приводы VLT экономят 78% энергии в зоопарке Честера

1.Подробная информация об управляемой машине

  1. Требуемые характеристики установки / машины
  2. Характеристики крутящего момента, тормозной момент, ускоряющий момент
  3. Диапазон регулирования скорости, охлаждение
  4. Потребляемая мощность преобразователя и двигателя
  5. Рабочие квадранты
  6. Компенсация скольжения ( динамический )
  7. Требуемое время разгона и торможения
  8. Требуемое время торможения, время срабатывания тормоза
  9. Прямые приводы, шестерни, компоненты трансмиссии, момент инерции массы
  10. Синхронизация с другими приводами
  11. Время работы, элементы управления
  12. Связь с компьютером, интерфейсы, визуализация
  13. Конструкция и тип защиты
  14. Возможность интеграции децентрализованного интеллекта в преобразователь частоты

Перейти к контрольному списку ↑


2.Характеристики окружающей среды

  1. Высота установки, температура окружающей среды
  2. Требования к охлаждению, варианты охлаждения
  3. Климатические условия, такие как влажность , вода , грязь , пыль , gas-es
  4. Особые правила, например горнодобывающая промышленность , химическая промышленность , судостроительная промышленность , пищевая промышленность
  5. Акустический шум

Перейти к Контрольному списку ↑


3.Сеть

  1. Напряжение сети, колебания напряжения
  2. Характеристики сети
  3. Колебания частоты сети
  4. Помехи сети
  5. Защита от короткого замыкания и перенапряжения
  6. Отключение сети

Перейти к контрольному списку ↑


4. Техническое обслуживание, эксплуатация, персонал

  1. Обучение и инструктаж операторов
  2. Техническое обслуживание
  3. Запасные части / запасные части

Перейти к Контрольному списку ↑


5.Финансовые критерии

  1. Затраты на закупку ( компонентов )
  2. Требуемая площадь, интегрированная установка, дизайн
  3. Затраты на установку
  4. Ввод системы в эксплуатацию
  5. Затраты на установку
  6. Операционные расходы
  7. Эффективность системы (частота преобразователь и машина )
  8. Требуемая реактивная мощность и компенсация гармонических нагрузок
  9. Срок службы продукта

Перейти к контрольному списку ↑


6.Меры защиты для операторов / преобразователя / двигателя

  1. Гальваническая развязка в соответствии с PELV
  2. Обрыв фазы
  3. Коммутация на выходе преобразователя
  4. Защита от заземления и короткого замыкания
  5. Катушки двигателя для уменьшения времени нарастания напряжения
  6. Электроника контроль температуры и подключение термисторов

Перейти к контрольному списку ↑


7. Стандарты / правила

  1. Национальный DIN, BS, UL, CSA, VDE, Европейский EN
  2. Международный IEC, CE и т. д.

Перейти к контрольному списку ↑


8. Экологические соображения

  1. Возможность вторичной переработки продукта
  2. Производственная практика
  3. Факторы экономии энергии

Перейти к контрольному списку ↑

Также важно…

Использование В этом контрольном списке можно выбрать преобразователь частоты, который охватывает большинство элементов в стандартной комплектации, но вам также следует дважды проверить, есть ли у преобразователя дроссели сетевого или промежуточного контура, чтобы значительно снизить помехи от сети

  • A Фильтр радиопомех для класса A или B является стандартным или приобретается отдельно
  • Требуется снижение номинальных характеристик двигателя, если используется преобразователь частоты
  • Сам преобразователь защищен от земли и короткого замыкания
  • Преобразователь адекватно реагирует в случае неисправности .
  • Перейти к контрольному списку ↑

    Приложения для приводов VLT (ВИДЕО)

    1. Приводы VLT на больших опреснительных установках

    Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Перейти к приложениям ↑


    2. Приводы VLT управляют вентиляторами градирни

    Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Перейти к приложениям ↑


    3.Управление VLT оптимизирует скорость вращения шпинделя на индийской текстильной фабрике

    Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Перейти к приложениям ↑


    4. Преобразователи частоты LT приводят в действие систему обработки багажа

    Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Перейти к приложениям ↑


    5. Диски LT экономят 78% энергии в зоопарке Честера

    Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Перейти к приложениям ↑

    Ресурс: Факты, которые стоит знать о преобразователях частоты - Danfoss

    .

    Преобразователь напряжения в частоту - http://www.nandu.com

    Схема преобразователя частоты в напряжение на базе микросхемы TC9400.

    Описание.
    Очень простой и недорогой преобразователь частоты в напряжение на основе Здесь показана микросхема TC9400 от Microchip. TC9400 может быть подключен как преобразователь напряжения в частоту или преобразователь частоты в напряжение и требует минимум внешних компонентов. Функциональные блоки внутри TC9400 включает в себя операционный усилитель интегратора, схему задержки 3uS, схему одного выстрела, схема управления разрядкой, разделить на 2 сети и необходимо драйверы.Эта схема находит применение в ряде электронных такие проекты как частотомеры, тахометры, спидометры, FM демодуляторы и др.

    Принципиальная схема.

    frequency voltage converter

    TC9400 Преобразователь напряжения в частоту (версия с однополярным питанием)

    В схеме, показанной выше, TC9400 подключен как преобразователь F в V, который работает от одного источника питания. В схема генерирует выходное напряжение, пропорциональное входному частота. Входная частота подается на вывод 11 (не инвертирующий вход внутреннего компаратора).Для отключения компаратора амплитуда входной частоты должна быть больше +/- 200 мВ. на этом уровне схема не будет работать ни при каких условиях.

    Всякий раз, когда поступает сигнал на вывод 11 IC1 пересекает ноль в отрицательном направлении на выходе внутреннего компаратор понижается. Схема задержки 3US позволяет C исх заряда / разряда цепи после того, как 3US и это соединяет реф C с опорным напряжением, и эта плата интегрирующий конденсатор C INT определенное количество напряжения.В режиме однополярного питания опорное напряжение представляет собой разность потенциалов между контактом 2 и 7 TC9400. Каждый раз, когда форма волны входной частоты пересекает ноль в направлении положительное направление, выход внутреннего компаратора становится высоким и это отключает цепь заряда / разряда C ref , которая создает короткое замыкание на выводах C ref . Напряжение на интегрирующем конденсаторе C int сохраняется, потому что единственный доступный путь разряда - это резистор 1 МОм R int , который является слишком высоким, а напряжение на C int является выходным напряжением.Резистор R смещения служит для установки тока смещения ИМС.

    Сеть потенциального делителя, содержащая R6 и R7 гарантирует, что входной порог отслеживает напряжение всегда. Схема фиксации с использованием диода D2 предотвращает вход становится отрицательным, чтобы включить внутренний компаратор. В простыми словами, этот участок схемы в общем можно назвать переключатель уровня.

    Производители TC9400 заявляют, что может принимать на свой вход сигнал любой частоты.В практическом стороны, для правильной работы этой цепи положительная половина входной сигнал должен иметь ширину импульса не менее 5 мкс, а для отрицательного половина должна быть больше или равна 5uS.

    Для калибровки отрегулируйте смещение. подстроечный регулятор для получения 0 В на выходе без применения входной частоты. Если у вас есть функциональный генератор, установите частотный вход на 10 кГц и выполните корректировка значения C ref , чтобы получить на выходе от 2,5 до 3 вольт. Эта калибровка предназначена для максимальной входной частоты 10 кГц.

    Примечания.

    • Схема может быть собрана на плате Perf или PCB.
    • Схема может получать питание от 10 до 15 В постоянного тока.
    • R3 можно использовать для регулировки напряжения смещения.
    • В схеме инвертирующий вход внутреннего компаратора ссылается на 6,2 В с помощью D1. Таким образом, амплитуда входных сигналов должна быть между 4 В и напряжением питания (В +).
    • Выходное напряжение в этой схеме также составляет 6,2 В.
    • Выходное напряжение и входная частота преобразователя F в V равны связанных с помощью уравнения V out = V ref x C ref x F in, где V out выходное напряжение, а F in - входная частота.
    • TC9400 и TL071 должны быть установлены на держателях.

    Версия схемы с двойным питанием.

    .

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о