Эти устройства существенно различаются как по принципу действия, так и по функциональному назначению.
Благодаря невысокой стоимости, простоте конструкции и другим достоинствам, асинхронные электрические двигатели широко используются в приводах бытовых инструментов и промышленного оборудования. Их основные недостатки – большие пусковые токи и затруднения регулирования частоты вращения.
Для регулировки скорости вращения ротора электрических машин такого типа, обеспечения плавного запуска и торможения в схемах электропривода используются частотные преобразователи и устройства плавного пуска (УПП).
Принцип действия
Принцип действия частотных преобразователей основан на изменении скорости вращения электродвигателя при изменении частоты питающего напряжения. Самое широкое распространение получили ЧП на базе схемы двойного преобразования с ШИМ-модуляцией. Такая схема включает в себя выпрямитель, блок управления и инвертор. Питающее переменное напряжение сначала выпрямляется, затем инвертируется в напряжение другой частоты. Задание значений частоты определяется широтой и длительностью управляющих импульсов, отпирающих полевые транзисторы инвертора.
Устройства плавного пуска бесступенчато изменяют величину напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя во время его пуска, разгона и торможения. Принцип действия УПП основан на бестрансформаторном регулировании напряжения в цепи обмоток статора электродвигателя.
При достижении номинальной частоты вращения вала двигателя, включаются шунтирующий контактор, ток в силовой цепи протекает, минуя УПП. Таким образом, устройство плавного пуска включатся только при запуске и остановке электрической машины.
Назначение преобразователя частоты и устройства плавного пуска
Частотные преобразователи – многофункциональные устройства. Их используют:
- Для обеспечения регулирования скорости вращения ротора и необходимого момента силы на валу электрических машин в зависимости от фактической нагрузки.
- Для ограничения пусковых токов и защиты электродвигателя от аварий и ненормальных режимов работы.
- Точного позиционирования вала двигателя претенциозных механизмов.
- Поддержание необходимых величин технологических параметров.
ЧП позволяет обойтись без редукторов, электромагнитных муфт и других устройств для механического регулирования скорости.
Устройства плавного пуска применяются:
- Для запуска и остановки электродвигателей в плавном режиме.
- Для снижения пусковых токов.
- При использовании электродвигателей в сети ограниченной мощности.
- Синхронизации момента на валу двигателя с нагрузкой при пуске оборудования.
Назначение УПП и частотных регуляторов существенно различаются. Существуют модели УПП, позволяющие изменять скорость вращения ротора электродвигателя. Они не заменяют частотный преобразователь, так как не предназначены для длительной эксплуатации в таком режиме.
Когда следует выбрать УПП и в каких случаях необходим частный преобразователь
При помощи преобразователя частоты можно решить практически любые задачи. Выбор УПП вместо частотника имеет в основном только экономическое обоснование. Перед выбором необходимо тщательно проанализировать условия работы электропривода, его цели и задачи, параметры питающей сети и другие факторы.
УПП выбирают:
- Для обеспечения низкого крутящего момента при пуске механизма или технологической установки.
- При небольшой или средней нагрузке.
- Для эксплуатации на номинальной скорости вращения электродвигателя.
- При необходимости снижения ударной нагрузки на шестеренки редуктора или другого механизма.
- В условиях, когда плавный запуск и ограничение пусковых токов являются главными требованиями.
Частотные преобразователи целесообразно выбрать:
- Для оборудования, работающего с переменной нагрузкой.
- При необходимости изменения скорости вращения двигателя выше или ниже номинальной.
- Для повышения энергоэффективности привода.
Главные преимущества устройств плавного пуска перед преобразователями частоты – небольшие габариты и низкая стоимость. Размеры и стоимость этих устройств одинаковой мощности могут различаться в 1, 5–10 раз.
Частотные преобразователи и УПП обеспечивают:
- Снижение износа электродвигателей, а также производственного оборудования. За счет снижения негативного влияния токов большой величины, отсутствия ударной нагрузки при запуске возможно удлинить промежутки между текущими и капитальными ремонтами оборудования и электрических машин.
- Экономию электроэнергии. Снижение потребляемой мощности в УПП достигается ограничением тока при запуске. Частотные преобразователи позволяют синхронизировать работу привода с требуемой нагрузкой.
- Возможность управления приводом с удаленных пунктов и интеграции электроприводов в АСУТП или САР. Частотные преобразователи и УПП комплектуются микроконтроллерами, поддерживающие один или несколько протоколов обмена данными.
- Защиту электродвигателя от перегрева, несимметричной нагрузки, перегрузок и других аварийных режимов. ЧП и УПП имеют входы для подключения датчиков температуры, реле аварий. Они осуществляют отключение двигателей при неисправностях или авариях в сети.
Выбор конкретного устройства зависит от требований к электроприводу и промышленному оборудованию и особенностей сети. Он осуществляется на основании анализа производственных факторов, инженерно-технических и экономических расчетов.
