Преобразователь частоты – это сложное электротехническое устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, путем изменения частоты напряжения питающей сети. Статический #преобразователь_частоты – это изделие, состоящее из силовой части на базе полупроводниковых элементов, таких как транзисторы/тиристоры/IGBT модули, и системы управления (микропроцессор).
Основную часть электродвигателей в промышленности занимают асинхронные электродвигатели. Принцип работы которых заключается в создании вращающегося магнитного поля статора, которое при взаимодействии с ротором наводит ЭДС и заставляет ротор вращаться в ту же сторону что и поле статора, но скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения поля статора, что и дает название типу двигателей – асинхронные. Для работы с низковольтными #асинхронными_электродвигателями применяются статические частотные преобразователи переменного тока, которые условно можно разделить по напряжению питания:
- Однофазные 230В;
- Трехфазные 230В;
- Трехфазные 380В;
- Трехфазные 690В.
Структурная схема преобразователя частоты
- Выпрямитель;
- Звено постоянного тока;
- Инвертор.
При подаче питающего напряжения на выпрямитель происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, пульсирующее. После, в звене постоянного тока, пульсации сглаживаются и уже на инверторе происходит обратное преобразование постоянного напряжения в переменное, то есть формируется последовательность трапецеидальных импульсов требуемой длительности и ширины – #ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Такая форма выходного напряжения вызвана коммутацией IGBT модулей, при открытии и закрытии ключей. Для придания более синусоидальной формы напряжению на выходе часто применяют выходные фильтры или моторные дроссели – это внешние устройства, применяющиеся для сглаживания коммутационных перенапряжений, негативно влияющих на работу двигателя.
Преимущества использования выходных фильтров
- Продление срока службы двигателя, за счет придания более синусоидальной формы напряжению;
- Защита обмоток от перегрева;
- Снижение акустического шума в двигателе;
- Уменьшение подшипниковых токов и снижение риска их повреждения;
- Снижение высокочастотных помех в кабеле и увеличение длины кабельной линии.
Способы управления частотным преобразователем
В основном, преобразователи частоты для асинхронного электродвигателя можно разделить на 2 группы по способу управления – скалярное и векторное управление:
1. Базовые преобразователи частоты, со скалярной системой управления.
#Частотники с таким управлением имеют простую конструкцию и на выходе регулируют частоту и амплитуду напряжения, по закону U/f. Этот способ является самым простым и позволяет регулировать скорость вращения, момент, запускать #двигатель под нагрузкой, а также управлять несколькими двигателями одновременно. Но для более сложных задач, где требуется создавать замкнутые системы с автоматическим поддержанием скорости или момента двигателя, в зависимости от изменяющейся нагрузки, такие преобразователи частоты не подойдут. Диапазон регулирования скорости в таком режиме 1:10
2. Преобразователи частоты с векторной системой управления.
#Векторные частотные преобразователи – сложные устройства которые по математической модели анализируют взаимодействие магнитного поля статора и ротора. Этот способ позволяет поддерживать и регулировать скорость, обладает высоким быстродействием и позволяет поддерживать момент на разных скоростях. Частотник такого типа применяются в системах с динамической нагрузкой, для построения замкнутых систем с датчиком обратной связи или без. Диапазон регулирования скорости в таком режиме 1:1000
Какие преимущества дает использование преобразователя частоты?
- Регулирование скорости и момента, с точной подстройкой;
- Снижение пусковых токов;
- Повышение энергоэффективности системы, то есть снижение затрат на электроэнергию;
- Увеличение срока службы установки, за счет снижения износа электродвигателя и связанных с ним механических узлов;
- #Защита_двигателя. В современных частотниках установлен ряд защит от перегрузки, перегрева, короткого замыкания, повышенного и пониженного напряжения и т.д.;
- Возможность #рекуперации электроэнергии в сеть или сброс излишек на тормозные сопротивления;
- Повышение КПД двигателя и системы в целом;
- Постоянный мониторинг состояния #электродвигателя и передача этой информации в вышестоящие системы #АСУ. Это позволяет быстро и безошибочно реагировать на отклонения от нормального режима работы.
Разделение по областям применения
Системы вентиляции и кондиционирования HVAC, в котельных и дымососах:
- Плавное регулирование частоты дутьевых и нагнетательных вентиляторов;
- Защита от гидроударов и сухого хода насосного оборудования;
- Оптимизация режимов горения у котлов и котельных агрегатов;
- Уменьшение количества задвижек/заслонок и вентилей;
- Пожарный режим.
Система станков и транспортировочных конвейеров:
- Регулирование скорости перемещения, контроль частоты вращения вала, ускорения;
- Функции плавного перемещения, без ударов и рывков, что в значительной мере увеличивает ресурс подвижных узлов.
- Отслеживание перемещения груза.
Грузоподъемные механизмы, краны, лифты и т.д.
- Демпфирование колебаний и раскачивания грузов;
- Прямое управление механическим тормозом;
- Наличие функций безопасного останова STO;
- Функции плавного подъема и спуска, без ударов и рывков.
Металлургия и деревообработка. Электродвигатели станков и прокатных станов, летучих ножниц.
- Облегчают работу двигателей и исполнительных механизмов режимах частых пусков с изменением момента и скорости;
- Мягкая регулировка без рывков и срывов;
- Высокая точность регулировки вращающихся органов, в позиционировании.
Полная версия статьи: здесь
___________________________
Подписывайтесь на наш канал, чтобы быть в курсе новинок и технических обзоров от наших инженеров!
Вебинары и семинары с нашими инженерами и техническими специалистами для всех желающих (бесплатно)
Пишите, какие темы Вам было бы интересно осветить в наших следующих обзорах электротехнической продукции производителей:
SIEMENS (Сименс), PHOENIX CONTACT, EATON, RITTAL,HELUKABEL, FINDER (Финдер), DANFOSS, PFANNENBERG, CEMBRE, HORA...и многих других производителей электрооборудования!
Еще больше полезных статей для специалистов, увлеченных электрооборудованием и системами автоматизации производства на нашем сайте по разным производителям: здесь