Что такое частотник для электродвигателя. Частотный преобразователь для электродвигателя: принцип работы, виды и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое частотный преобразователь для электродвигателя. Как работает частотник. Какие бывают виды частотных преобразователей. Где применяются частотники. Преимущества использования преобразователей частоты.

Содержание

Что такое частотный преобразователь и зачем он нужен

Частотный преобразователь (частотник) — это электронное устройство для регулирования скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей переменного тока. Принцип его работы основан на изменении частоты и напряжения питания электродвигателя.

Основные функции частотного преобразователя:

Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя
Плавный пуск и торможение двигателя
Защита двигателя от перегрузок
Энергосбережение

Частотник позволяет изменять скорость вращения двигателя в широком диапазоне, что дает возможность точно управлять технологическими процессами и экономить электроэнергию.

Устройство и принцип работы частотного преобразователя

Типовая структура частотного преобразователя включает следующие основные блоки:

Выпрямитель — преобразует переменное напряжение сети в постоянное
Звено постоянного тока — сглаживает пульсации выпрямленного напряжения
Инвертор — формирует трехфазное напряжение переменной частоты
Система управления — формирует сигналы управления инвертором

Принцип работы частотного преобразователя заключается в следующем:

Входное переменное напряжение выпрямляется
Выпрямленное напряжение сглаживается в звене постоянного тока
Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное регулируемой частоты
Система управления задает необходимую частоту и напряжение на выходе инвертора

За счет изменения частоты выходного напряжения регулируется скорость вращения подключенного электродвигателя.

Виды частотных преобразователей

Частотные преобразователи классифицируются по нескольким основным признакам:

По способу управления:

Со скалярным управлением
С векторным управлением

По количеству фаз на входе и выходе:

Однофазные на входе, трехфазные на выходе
Трехфазные на входе и выходе

По мощности:

Малой мощности (до 7.5 кВт)
Средней мощности (7.5-75 кВт)
Большой мощности (свыше 75 кВт)

Выбор конкретного вида частотника зависит от характеристик электродвигателя и требований технологического процесса.

Преимущества использования частотных преобразователей

Применение частотных преобразователей для управления электродвигателями дает ряд важных преимуществ:

Экономия электроэнергии до 30-50%
Плавный пуск двигателя без пусковых токов и механических ударов
Точное поддержание скорости вращения вне зависимости от нагрузки
Увеличение срока службы двигателя и приводных механизмов

Возможность удаленного управления и диагностики

Это позволяет повысить эффективность и надежность работы электроприводов в различных отраслях промышленности.

Области применения частотных преобразователей

Частотные преобразователи широко используются для управления электродвигателями в следующих сферах:

Насосное оборудование
Вентиляционные системы
Компрессорные установки
Конвейерные и транспортные системы
Подъемно-транспортное оборудование
Станки и производственные линии
Экструдеры и мешалки

Частотники позволяют оптимизировать работу электродвигателей под конкретные технологические процессы, обеспечивая высокую энергоэффективность.

Выбор частотного преобразователя

При выборе частотного преобразователя необходимо учитывать следующие основные параметры:

Мощность и характеристики электродвигателя

Диапазон регулирования скорости
Требуемые функции управления и защиты
Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
Тип нагрузки (постоянный/переменный момент)

Правильный подбор частотника обеспечит оптимальную работу электропривода и максимальный экономический эффект от его внедрения.

Схема подключения частотного преобразователя

Типовая схема подключения трехфазного частотного преобразователя включает:

Подключение питающей сети к входным клеммам частотника
Подключение выходных клемм к обмоткам электродвигателя
Подключение цепей управления (кнопки, переключатели)
Подключение датчиков обратной связи (при необходимости)

При монтаже важно соблюдать требования производителя по заземлению, экранированию кабелей и защите от помех.

Заключение

Частотные преобразователи являются эффективным средством управления электродвигателями переменного тока. Они позволяют плавно регулировать скорость, экономить электроэнергию и увеличивать ресурс оборудования. Широкий спектр применения делает частотники незаменимыми во многих отраслях промышленности и коммунального хозяйства.

≫ Что такое частотник и зачем он нужен

Частотный преобразователь – это специализированное электротехническое оборудование, которое предназначено для регуляции частоты переменной разницы потенциалов электрического тока. Принцип работы оборудования этого типа основан на изменении скорости движения магнитного поля относительно частоты питающего напряжения.

Электродвигатели асинхронного типа эксплуатируются почти во всех сферах деятельности человека: в промышленной аппаратуре, насосах, металло- и деревообрабатывающих установках, вентиляторах и т.д., и отличаются несколькими существенными недостатками – перманентной скоростью вращения и большими пусковыми токами. Преобразователь напряжения – это оборудование, которое способно устранить минусы асинхронных электродвигателей и расширить их область применения.

Что такое частотный преобразователь?

Преобразователь частоты – это аппаратура, позволяющая изменять исходную частоту в достаточно широком диапазоне. Электрическая схема оборудования включает в себя два основных структурных элемента:

силовой – функционирует благодаря тиристорам или транзисторам, работающим в режиме электроключей;
управляющий – работает за счет цифровых микропроцессоров.

Основная задача управляющего элемента заключается в регуляции деятельности силовой части и выполнении дополнительных функций: контроля, защиты и диагностики.

Виды преобразователей напряжения

В зависимости от конструктивных особенностей, принципа действия и типа управления выделяют несколько вариантов частотников. По конструкции частотные преобразователи могут быть:

Индукционными. Устройства представляют собой двигатели переменного тока в режиме генератора. Эксплуатируют установки довольно редко в случаях, когда нет возможности использовать электронные приборы.
Электронными. Аппаратура состоит из силовой и управляющей частей, и эксплуатируется в одно- и трехфазных приводах. Электронные преобразователи в зависимости от принципа действия могут быть непосредственно связаны с сетью питания и иметь в конструкции промежуточное звено постоянного тока.

Непосредственный электронный частотник – это приспособление, которое подключается к питающей сети. В конструкции оборудования предусмотрено наличие быстродействующих тиристоров – преобразователи включаются по одной из следующих схем: мостовая, нулевая или встречно-параллельная. К преимуществам непосредственных преобразователей частоты относятся возможность увеличения мощности при подключении нескольких приборов этого типа и обеспечение стабильной работы оборудования даже на низких скоростях.

Частотные преобразователи с промежуточным элементом неизменного электрического тока предполагают двойное преобразование разницы потенциалов: из сетевого напряжения — в постоянное, из постоянного – в переменное с заданной частотой. Среди достоинств оборудования: возможность эксплуатации в электроприводах любого типа и разные схемы регуляции.

Для чего нужен частотный преобразователь?

Использование частотных преобразователей дает возможность существенно снизить расходы благодаря уменьшению потребления электроэнергии, затрат на ремонтные работы и техническое обслуживание аппаратуры, возможности эксплуатации более бюджетных вариантов асинхронных двигателей. Приобретение частотника – это выгодное решение, так как оборудование окупается в среднем за три года. Преобразователи частоты используются в следующих сферах:

Краны и грузоподъемная аппаратура. Работа оборудования этого типа сопровождается постоянным изменением нагрузки, частыми запусками и остановками. Преобразователи частоты предотвращают рывки при запуске установок, уменьшают уровень нагревания электродвигателя и обеспечивают остановку кранов в конкретном месте.
Нагнетательные вентиляторы. Регуляция функционирования оборудования дает возможность провести автоматизацию процесса горения с обеспечением максимальной эффективности работы агрегатов котельной.
Транспортерная и конвейерная техника. Регулятор частоты увеличивает срок эксплуатации механических узлов благодаря регуляции скорости перемещения оборудования без сильных рывков и ударов.

Насосные установки. Повышение эффективности работы системы водоподачи при внедрении частотного преобразователя заключается в отсутствии необходимости использования задвижек и вентилей для регуляции давления.
Оборудование с электродвигателями. Частотник может заменить коробку передач, обеспечивая плавное изменение частоты вращения рабочей детали установок. Чаще всего частотные преобразователи применяются для регуляции работы высокоточных промышленных станков.

Основным назначением частотного преобразователя считается оптимизация производства и увеличение срока эксплуатации подключенного к нему оборудования. Также снижается вероятность аварий и аномальной работы электродвигателей.

Частотный преобразователь: устройство, принцип работы, назначение

Статья
Видео

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
Устройство
Виды частотников и сфера применения
Способы управления
Количество фаз
Схема подключения

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.

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:

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:

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:

Со скалярным управлением.
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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

Подключение частотника к одной фазе аналогично, за исключением подключения питающих проводов:

Однофазный преобразователь частоты для двигателя с конденсатором (насоса или вентилятора малой мощности) подключается по такой схеме:

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.

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:

Как измерить частоту переменного тока
Как работает магнитный пускатель
Как выбрать частотник по мощности и току

Adblock
detector

Преимущества использования преобразователя частоты с электродвигателями

от Exeltech | 15 января 2016 г. | Инвертор

Электродвигатели с регулируемой скоростью играют решающую роль в поддержании систем здания, включая HVAC, вытяжку и производственные линии. Промышленные двигатели, которые питаются от этих систем и не работают постоянно, могут выиграть от подключения к преобразователю частоты — устройству, которое преобразует одну частоту переменного тока (AC) в другую частоту переменного тока.

Как следует из их названия, двигатели с регулируемой скоростью могут работать с переменной скоростью, переключаясь с одной скорости на другую в зависимости от мощности, которую они должны отдавать оборудованию, для которого они обеспечивают питание. Когда работой двигателей управляет преобразователь частоты, он предлагает следующие преимущества, которые были бы невозможны без использования преобразователя.

1. Управляемый пуск

Когда запуск двигателя осуществляется с использованием модели «через линию», может потребоваться до восьми раз больше полного рабочего тока двигателя для запуска и поддержки нагрузки. Это заставляет двигатель работать с большей нагрузкой и выделять больше тепла, чем если бы для управления начальной скоростью двигателя использовался преобразователь. Здесь преимущества использования преобразователя заключаются в меньшем потреблении энергии и меньшем износе двигателя.

2. Управление ускорением

Управляемый пуск приводит к управляемому ускорению. Когда двигатель ускоряется с использованием модели «поперек линии», он создает механический удар по оборудованию и нагрузке, которую оно поддерживает. Этот удар может привести к преждевременному износу двигателя и выходу его из строя во время эксплуатации. Здесь преимущество использования преобразователя частоты с электродвигателем заключается в меньшем износе двигателя.

3. Переменная рабочая скорость

Помимо управления запуском и ускорением двигателя, преобразователи частоты также могут управлять рабочей скоростью двигателя. Цель состоит в том, чтобы снабжать двигатель только таким количеством электроэнергии, которое необходимо для поддержки конкретной операции. Здесь основное преимущество заключается в том, что двигатель потребляет меньше энергии, чем если бы он работал по модели «через линию».

4. Управляемый останов

Как и управляемый пуск, управляемый останов помогает уменьшить износ двигателя. Вместо постепенного увеличения ускорения двигателя преобразователь постепенно уменьшает ускорение до тех пор, пока двигатель не остановится плавно. Здесь преимущество заключается в том, что ускорение двигателя плавно снижается, что предотвращает механические удары его движущихся частей из-за внезапного отключения питания.

Нужна помощь в выборе преобразователя частоты?

Если да, то вы попали по адресу. Компания Exeltech работает с 1990 года и специализируется на поставке инверторов и преобразователей мощности промышленного класса компаниям и организациям в самых разных отраслях. Помимо поставки стандартного оборудования, готового к немедленной отгрузке, мы также принимаем заказы на индивидуальное оборудование.

По вопросам, касающимся наших преобразователей частоты, позвоните нам сегодня по телефону (800) 886-4683 или посетите страницу контактов на нашем веб-сайте. Мы будем рады помочь вам выбрать правильный преобразователь!

Устройство, принцип действия, назначение

Поскольку электропривод является одним из основных способов механизации производства и бытовых задач, в ряде случаев возникает необходимость регулирования частоты вращения электродвигателей. В зависимости от их типа и принципа действия применяются различные технические решения. Одним из них является преобразователь частоты. Что это такое и где применяется частотник, мы расскажем в этой статье.

Определение
Устройство
Типы частотников и область применения
Методы управления
Количество фаз
Схема подключения