Частотные преобразователи: виды и особенности

Особую категорию электротехнического оборудования представляют преобразователи частоты, при работе с переменным напряжением они позволяют регулировать его показатель. Частотники применяются в комплексе с асинхронными машинами, у электрических механизмов такого типа они позволяют корректировать показатель крутящего момента. В основе работы лежит зависимость скорости вращения магнитного поля от частоты напряжения, питающего оборудование.

Электродвигатели с асинхронным принципом работы широко применяются в разных областях промышленности: выполняют роль приводов, регулирующих устройств и насосных агрегатов. К числу недостатков оборудования относят высокий уровень пускового тока, а также линейную скорость вращения. С помощью частотника недостатки легко скорректировать, расширив тем самым сферу применения оборудования.

Виды частотных преобразователей

В зависимости от технических особенностей, способа управления и принципа работы устройства могут различаться. По конструктивным характеристикам различают электромашинные и электронные преобразователи. Первый тип также называют индукционным, в основе механизма лежит двигатель переменного тока. Сфера применения электромашинных устройств узкая, в основном их используют, когда нет возможности применять более эффективные электронные частотники.

Полупроводниковые (электронные) частотники конструктивно состоят из двух основных элементов – схемы управления и силовой части. Использовать их можно с комплексе как с однофазными, так и с трехфазными приводами, сфера применения не ограничена. По типу подключения полупроводниковые ЧП разделяют на прямые (с прямым подключением к сети) и устройства, которые подключают с использованием контроллера постоянного тока.

ЧП с непосредственной связью формируют с использованием тиристорных преобразователей, которые отличаются высоким показателем быстродействия. Схемы построения могут быть разными: нулевыми, перекрестными, параллельными или мостовыми. При подключении ЧП соединяют с питающей сетью напрямую.

Преимущества непосредственных ЧП

• Двусторонний обмен электричеством в процессе работы. Часть потребляемой энергии возвращается в сеть.
• Коррекция частоты происходит однократно, что позволяет повысить КПД.
• Можно использовать дополнительные преобразователи, корректируя мощность до нужного уровня.
• Расширенный низкочастотный диапазон. Непосредственный ЧП обеспечит бесперебойную работу привода, даже если используется малая скорость.

Недостатки непосредственных частотников

• Выходное напряжение отличается гармоническим колебанием, что создает дополнительные помехи для двигателя. Происходит перегрев и снижение момента.
• Поскольку частотный показатель выходного напряжения не превосходит характеристик сетевого, частотники подходят только для коррекции скорости вращения в меньшую сторону.
• Преобразователи этого типа подходят для двигателей со средним и высоким уровнем мощности.

ЧП, подключаемые с использованием звена постоянного тока

В основе функционирования таких устройств лежит схема двойного преобразования. Напряжение в сети первоначально преобразуют в постоянное, а после генерируют выходное напряжение с заданным показателем частоты.

Преимущества устройств

• Частота выходного напряжения может быть любой, она не зависит от показателя в сети. ЧП подходят для электроприводов с любым показателем мощности, в том числе низкоскоростных.
• Выходное напряжение чистое, лишено помех. Переменное напряжение имеет минимальную погрешность и отклонение от синусоиды.
• Устройства применимы при моделировании управляющих схем разного уровня сложности, с разными скоростными требованиями и параметрами реагирования.
• Легкая адаптация к работе от сети с линейным током. Возможность подключения к резервным и аварийным источникам питания, никаких дополнительных устройств не требуется.
• Возможность адаптации к электроприводам практически любого типа. Широкий выбор алгоритмов управления. Отличное решение для оборудования, в работе которого важна точность регулировки момента и скоростных параметров.

Недостатки устройств

• Достаточно большие габариты, что обусловлено включением в конструкцию нескольких функциональных блоков.
• Уровень потери мощности достаточно высок. Из-за использования двойного преобразования напряжения КПД снижается.

Конструкция частотных преобразователей с промежуточным звеном

Конструкция ЧП включает несколько блоков, каждый из которых несет индивидуальную функциональную нагрузку.

• Выпрямитель. Для устройства могут использоваться как тиристорные, так и диодные преобразователи. Последние дают линейное напряжение более высокого качества, считаются более надежными и отличаются умеренной ценой. К недостаткам выпрямителей диодного типа относят невозможность рекуперации электроэнергии. В ряде случаев оправданным становится использование преобразователей с тиристорами, они легко справляются с такой задачей.
• Инвертор. В конструкции используются преобразователи для напряжения и тока, именно за счет инвертора тока обеспечивается возможность повторного использования электроэнергии. Функция незаменима при работе с машинами, в управлении которыми часто чередуются функции пуска и остановки, например, крановыми двигателями.
• Фильтр. Он позволяет снизить пульсацию выходного напряжения, фильтр незаменим в работе преобразователей с тиристорным выпрямителем.
• Микропроцессор. Блок осуществляет основную функцию по управлению устройством, анализирует сигналы датчиков, обеспечивает целостное взаимодействие системы. Главная задача микропроцессора – получить выходное напряжение с заданными параметрами частоты. Защитная функция включает приостановку работы устройства в случае аварийных ситуаций и перегрузок в сети.

Принципы управления ЧП

По способу управления различают скалярные и векторные частотные преобразователи, у каждого типа есть индивидуальные особенности.

Скалярные преобразователи

Устройства с таким типом управления модулируют выходное напряжение с определенными параметрами амплитуды и частоты, это позволяет поддерживать магнитный поток на необходимом уровне. К преимуществам скалярных ЧП относят ценовую доступность, они подходят для единовременной работы с несколькими двигателями. Конструкция устройства не сложная, преобразователи часто используют для вентиляторов и насосных агрегатов, а также других типов оборудования, которые не нуждаются в поддержании линейной скорости вращения ротора.

Векторные преобразователи

По типу устройства такие ЧП являются более сложными, благодаря микропроцессору оценка взаимодействия магнитных полей у статора и ротора происходит автоматически. Независимо от показателей нагрузки, частота вращения ротора остается постоянной, что важно для успешного функционирования многих устройств. Векторные преобразователи используют для оборудования, в работе которого важны быстродействие и точность регулировки.

У моделей с векторным управлением два подтипа: с обратной связью и бездатчиковые. Последние применяют для приводов с низкими требованиями к регулированию скорости. Наличие датчика с обратной связью позволяет использовать ЧП для оборудования с широким диапазоном регулирования.

Допустимые режимы управления ЧП

Значительная часть современных моделей частотных преобразователей допускает использование разных режимов управления.

1. Ручное. Запуск и торможение двигателя производится через пульт. Важно, что регулировка частотного параметра происходит автоматически, равно как и приостановка работы при возникновении внештатных ситуаций.
2. Внешний режим управления. Когда устройство имеет возможность синхронизации с удаленным персональным компьютером, оператор может проводить пуск и остановку, а также контролировать режим работы с его помощью.
3. Сухой контакт. При наличии дискретного входа управление преобразователем аналогично запуску исполнительного механизма.
4. Управление по событиям. Устройства этого типа используют в комплексе с оборудованием, предполагающим автоматизированную работу (частичную или полную). Для них можно запрограммировать временные точки пуска и остановки, а также параметры работы двигателя.

Преимущества частотников

В числе главных преимуществ современных моделей оборудования стоит выделить:

1. Экономное расходование энергоресурсов. За счет использования преобразователя пусковые токи снижаются, регулировать мощность двигателя можно оптимальным образом.
2. Продление срока службы промышленных устройств. Поскольку пуск и регулировка оборудования происходят плавно, техника изнашивается меньше, реже нуждается в профилактическом ремонте. При использовании ЧП не требуется дополнительно включать в систему дросселирующие задвижки, редукторы, электромагнитные тормоза и другие варианты аппаратуры с функцией регулировки.
3. Отсутствие затрат на обслуживание. У преобразователей нет динамичных элементов, которым требовалась бы регулярная смазка, чистка и другие виды обслуживания.
4. Удобство удаленного контроля и управления. Многие современные модели частотников допускают подключение к удаленным устройствам управления. Это позволяет использовать их как элемент многоуровневых автоматизированных систем.
5. Широкий спектр мощности. Использовать преобразователи можно как для электромашин с высокой мощностью, так и для тех, мощность которых составляет не более 1 кВт.
6. Автоматическая система аварийной защиты. Все преобразователи имеют защиту от перегрузок в сети, падения фазы и короткого замыкания. При отключении электроэнергии перезапуск также происходит автоматически.
7. Сокращение шумового эффекта в процессе работы электродвигателя. Электромашины асинхронного типа в комплексе с ЧП являются хорошей альтернативой двигателям постоянного тока. Они позволяют оптимально расходовать энергоресурс, экономить на покупке дорогостоящего оборудования, не нуждаются в дополнительном подключении промышленных выпрямителей.

Использование преобразователей

Учитывая многообразие моделей современных частотных преобразователей, они находят применение в различных сферах промышленности и производства. Несколько примеров:

• Грузоподъемные электромашины и краны. Они относятся к категории оборудования, работа которого предполагает частый пуск в чередовании с остановкой. Благодаря ЧП техника работает без рывков, происходит постоянный контроль нагрузки. Кран останавливается точно в требуемом месте, происходит снижение максимального пускового момента, а также минимизация нагрева электродвигателя.
• Котельные дымососы и нагнетательные вентиляторы. Частотные преобразователи обеспечивают плавное управление оборудованием, оптимальная регулировка позволяет не только повысить КПД, но и автоматизировать работу многих устройств. Современные ЧП применимы даже в комплексе с мощными котельными агрегатами.
• Конвейеры, прокатные станки, лифты и транспортеры. Для транспортного оборудования важна плавная регулировка скорости, ЧП позволяют получить оптимальный результат. За счет отсутствия рывков и ударов увеличивается срок использования оборудования.
• Насосные агрегаты. Использование преобразователя исключает необходимость дополнительной покупки вентилей и задвижек, необходимых для регулировки давления и контроля уровня производительности. С их помощью можно значительно повысить КПД у системы водоподачи.
• Станки с электродвигателем. Для оборудования такого типа частотные преобразователи стали достойной альтернативой коробке передач. Они позволяют плавно регулировать частоту вращения станка, изменять направление вращения электродвигателя. Чаще всего преобразователи используют для высокоточных станков.

Экономия потребления электроэнергии – не единственная цель, с которой происходит внедрение частотных преобразователей. Сокращение расходов на техническое обслуживание и ремонт оборудования, возможность использования доступных по цене электродвигателей асинхронного типа, сокращение иных производственных издержек – часть целей, которые помогают реализовать современные ЧП. Окупаемость у различных моделей происходит за 3 – 36 месяцев.

Компания «Мир Привода» рада представить широкую линейку моделей современной приводной техники. Мы работаем с лучшими европейскими производителями, что позволяет предлагать клиентам качественный товар с оптимальной стоимостью.

Оборудование порадует надежностью и долговечностью, мы предлагаем комплектующие от известных брендов из Европы. Индивидуальный подход к клиентам и тщательно продуманные схемы логистики сделают выбор и покупку необходимого оборудования еще более простыми и доступными. Оценить модели частотных преобразователей и подобрать оборудование можно в специальном разделе каталога.