Преобразователи: напряжение и частота

Частотные преобразователи с непосредственной связью (электромашинные, индукционные).

Их главным компонентом является выпрямитель на основе тиристоров, позволяющих в нужном порядке подавать питание на обмотки статора. Устройства формируют частоту ниже, чем в сети, что сужает возможности эксплуатации электротехники. Основой конструкции является транзисторный выпрямитель, при котором происходит поочерёдное открытие транзисторов. Поэтому обмотки статора поочерёдно подключаются к сети.

Недостатки частотных преобразователей с непосредственной связью следующие:

- Множество отклонений спектра напряжения от стандартного в 50 Гц. в выходящем напряжении. Из-за этого падает производительность подключенного привода, он получает дополнительные нагрузки и греется.

- Устройство позволяет только снижать интенсивность вращения подключенного электромотора, что ограничивает его функциональность.

- Практическое использование показало, что эффективность такого преобразователя достигается только мощными электроприводами.

Преимущества данных частотных преобразователей:

Частотные преобразователи со звеном постоянного тока (электронные, полупроводниковые).

В отличие от преобразователей с непосредственной связью, алгоритм преобразования данных частотников состоит из двух этапов. Первый этап – спрямление, сглаживание и фильтрация сетевого напряжения, второй – его передача в инверторный блок, где формируется ток требуемой частоты и оптимальная амплитуда напряжения. Функцию силовых ключей в данном случае выполняют запираемые тиристоры или транзисторы IGBT. Чаще всего используется второй вариант, поскольку тиристоры отличаются сложной конструкций, при этом менее эффективны и точны.

Тиристор активируется коротким импульсом на электрод управления. Преобразователь на основе IGBT-модулей расширяет доступные диапазоны скоростей электромоторов. Устройства могут работать и на высоких, и на низких оборотах без применения датчиков.

Достоинствами данных преобразователей частоты являются:

У подобных частотников есть и недостатки:

Первый - сложность конструкции увеличивает габариты. В детали частотника входит: сглаживающий колебания фильтр, инвертор для рекуперации электрической энергии, обрабатывающий информацию процессор и другие модули.

Второй недостаток - меньший КПД по сравнению с устройствами предыдущего типа, что связано с двойным алгоритмом преобразования и сопутствующими потерями энергии.

Третий - сложность производства, как следствие - большая цена по сравнению с преобразователями с непосредственной связью.

ПЧ решает сразу несколько важных задач:

С помощью частотника можно создать многоуровневую систему управления производством и улучшить эффективность его работы.

Применять высокочастотный преобразователь выгодно. Он помогает экономить потребляемую энергию. Также ПЧ продлевает ресурс механических и электрических компонентов оборудования. За счет этого можно избежать необходимости ремонта, снизить текущие производственные расходы и так называемую стоимость владения.

Преобразователь частоты - это электротехнический прибор для регулировки частоты переменного напряжения, подаваемого на промышленное электрооборудование. Промышленное напряжение составляет 50-60 Гц. После преобразования напряжения частота равняется от 0.4 до 400 Гц. Именно такие величины оптимальны для использования в двигателях.

Ротор любого электродвигателя вращается при воздействии электромагнитного поля внутри обмотки статора. Скорость его оборотов определяется промышленной частотой электрической сети, которая обычно составляет 50 Гц. Это значит, что за одну секунду совершается 50 периодов колебаний. Столько же раз вращается ротор под действием электромагнитного поля. Изменением частоты сети, приложенной к статору, регулируется скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Так управляются электродвигатели.

Производится несколько видов преобразователей частоты. Каждый обладает особенностями, которые учитываются при выборе подобного оборудования.

Устройства управления частотой применяются практически во всех отраслях промышленности. Значительная часть всего вырабатываемого в мире электричества направляется на электродвигатели, а управляют их работой частотные преобразователи.

Частотники применяются в следующих системах и оборудовании:

Помимо функций управления данные устройства выполняют защитные функции, среди которых:

- ограничение силы тока при пуске, при продолжительной работе, при остановке и коротком замыкании;

- защита от повышенного и пониженного напряжения;

- контроль температуры двигателя;

- защита радиатора от перегрева;

- защита выходных IGBT.

Частотные преобразователи PM150A-4T030B-H или PM150A-4T037B-H обеспечивают регулировку частоты вращения двигателя и в скалярном, и в векторном режиме.

Скалярный режим управления ПЧ часто называют U/F или вольт-частотным. Он сохраняет неизменными магнитное поле статора и номинальный момент на валу вне зависимости от того, с какой скоростью вращается вал.

При этом при эксплуатации на близких к минимальным частотам скорость вращения вала изменяется. Направление изменения зависит от нагрузки: при ее увеличении скорость становится ниже, при уменьшении — увеличивается. На величину изменения параметров влияют параметры электродвигателя.

Чтобы сохранить момент на частоте до 5-10 Гц, важно правильно скорректировать напряжение кривой U/F. Если увеличить напряжение — увеличится пусковой момент, потребление тока вырастет и, как следствие, увеличится нагрев. При вольт-частотном управлении рекомендуется задавать частоту от 15 до 50 Гц.

Скалярный метод управления позволяет преобразователю частот управлять показателями сразу нескольких электродвигателей, если для них предусмотрена отдельная защита по току.

Такой режим подходит для решения различных задач. С ПЧ в скалярном режиме работают электроприводы насосов, вентиляторов, компрессоров, станков и другого производственного оборудования.

Векторный режим ПЧ обеспечивает неизменную скорость вращения при переменной нагрузке, так как регулирование выходного напряжения происходит в авторежиме. Таким образом модель в векторном режиме обеспечивает бесперебойное функционирование двигателя при небольших частотах, так как самостоятельно компенсирует уменьшение напряжения в обмотках. При этом частота вращения при неизменной нагрузке может незначительно изменяться. Нормальным считается изменение частоты до 5 Гц. Это происходит, так как преобразователь ищет оптимальное напряжение на обмотках электродвигателя.

Векторный метод может зафиксировать момент при низких частотах, в частности при меняющейся нагрузке. Диапазон регулировки векторного режима, как правило, шире, чем скалярного, но это актуально не для всех моделей частотников.

Преобразователь в этом режиме может работать только с одним электродвигателем, подключить несколько двигателей не получится.

Векторный режим обычно применяется при работе преобразователя частоты с двигателем подъемной машины, буровой установки или другой техники, если важно обеспечить высокий момент в области низких частот в момент запуска электродвигателя.

Частотно-регулируемые приводы применяют:

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

Основные факторы, которые нужно учитывать при подборе модели:

Есть еще ряд функциональных особенностей ПЧ, актуальных для эксплуатации с отдельными типами оборудования.