Для чего нужен частотный преобразователь

Частотные преобразователи – это технические устройства, преобразующие входные сетевые параметры в выходные на различных частотах. Современные инверторы переменного тока обладают широким частотным диапазоном.

Асинхронный преобразователь частоты предназначен для преобразования сетевого 3-х либо 1-но фазного переменного тока f 50 Гц в 3-х фазный либо 1-но фазный, f 1 ̴̴ 800 Гц.

Производителями выпускаются электро-индукционные частотники, представляющие собой конструктив:

асинхронный электродвигатель;
инверторы.

Частотники зачастую используются для плавной регулировки скорости вращения асинхронного двигателя (АД) за счет формирования на выходе частотника заданных параметров сети. В самых простых случаях регулировка f и U выполняется с соответствующей зависимостью V/f, в более навороченных инверторах реализуется как векторное управление.

Электронный преобразователь частоты — это конструктив, который состоит из элементов:

выпрямитель, преобразующийI ̴в Iconst;
инвертор, преобразующийIconstв I ̴с требуемой частотой и амплитудой.

Выходные тиристоры (транзисторы) служат для обеспечения необходимого тока для электроснабжениядвигателя.

Для поправки U вых. между частотником и электродвигателем другой раз ставят дроссель, а для сниженияпомех — фильтр.

Классификация преобразователей частоты

По типу питающего напряжения преобразователи частоты делятся на разновидности:

однофазные;
трехфазные;
высоковольтные аппараты.

Основную задачу преобразователя частоты можно сформулировать следующим образом: перевод рабочего процесса на экономичный режим с помощью управления скоростью и моментом двигателя, согласно заданным техническим параметрам и характеру нагрузки.

При этом цифровой дисплейприбора показывает такие параметры работы системы, как:

величина I и U двигателя;
выходные значения частоты, скорости, мощности и момента (f, v, Р и М);
отображение состояния дискретных входовдля регулирования скорости вращения вала АД и дистанционного управления системой;
продолжительность работы самого частотного преобразователя.

По сфере использования типы инверторы бывают:

промышленного назначения мощностью до 315 кВт;
ПЧ с векторным управлением мощностью до 500 кВт;
для управления механизмами с насосно-вентиляторным типом нагрузки (Р 15 — 315 кВт);
частотники для кранов и других подъемных конструкций;
для применения в условиях взрывоопасности;
устанавливаемые ЧРП прямо на электродвигатель.

Векторное управление

Кабина лифта должна идеально позиционироваться по высоте — допустимая погрешность обычно составляет несколько миллиметров. Такую точность перемещения можно реализовать только с помощью векторного управления, поэтому обязательным условием для частотного преобразователя является способность работать в векторном режиме с обратной связью по скорости. В ПЧ должны быть предусмотрены не только соответствующие настройки, но и входы для энкодера, закрепленного на валу двигателя. При правильной настройке векторного режима движение лифта будет плавным, а позиционирование – максимально точным.

Структура частотного преобразователя

Структура современного ПЧ выстраивается по принципу преобразования энергии и включает в себя силовую и управляющую составляющую. Первая, как правило, исполняется на тиристорах или транзисторах, коим отводится роль электроключей. Управляющий блок реализуется на микропроцессорах. С помощью ключей размыкающий и замыкающий цепи он позволяет молниеносно решать множество заданий по диагностике, защите, контролю.

По принципу работы частотные преобразователи бывают двух типов:

с наличием промежуточного звена постоянного тока;
с непосредственной связью.

Всем им присуще ряд достоинств и недостатков, обуславливающих сферу эффективного использования каждого из них.

Система торможения

Плавность торможения обеспечивается работой ПЧ в векторном режиме, при этом выделяемая энергия преобразуется в тепло с помощью тормозного модуля и тормозного резистора. Мощность тормозного резистора зависит от требуемого тормозного момента, длительности торможения и цикла работы лифта.

Во время остановки кабины лифта частотный преобразователь подает сигнал на электромагнитный тормоз, который фиксирует вал двигателя. Тормоз должен быть нормально заторможенным, то есть для возможности вращения ротора двигателя нужно подать на тормоз питание с номинальным напряжением.

Непосредственные частотные преобразователи

Они принадлежат к наиболее ранним аппаратам с упрощенной силовой частью,представляющей собой выпрямитель на тиристорах.

Система управления по очереди отмыкает групповые тиристоры и подключает обмотки электродвигателя к сети питания. Непосредственные – это реверсивный тиристорный частотник. Основное его преимущество заключается в том, что он подключается напрямую в сеть без добавочных устройств.

Таким манером получается, что U вых частотника образуется из усеченных отрезков синусоид U вых. На рисунке приведён пример сформировавшегося U вых для одной из фаз нагрузки. На вход тиристоров подаётся 3-х фазное синусоидальные составляющие Uа, Uв, Uс. Напряжение U вых представляется несинусоидальной «пилообразной» формой, которая в аппроксимированном виде выглядит как синусоида (жирная кривая). На чертеже показано, что частота U вых не может быть равной либо превышать частоту сети питания. Поэтому и невелик диапазон управления частоты вращения электродвигателя (менее 1: 10). Ограничивающие пределы не дают возможность использовать подобные частотные преобразователи в навороченных ЧРП. Последние рассчитаны на широкий диапазон регулировкипоказателей.

Применение тиристоров в большей степени усложняет систему управления, и поэтому этого стоимость преобразователя частоты увеличивается.

Выходная «усеченная» синусоида частотника – это источник высокочастотных гармоник, вызывающих добавочные потери в электродвигателе, перегревание электромашины, уменьшение момента, мешающие работе шумы в сети питания. Использование компенсирующих приспособлений повышает цену, массу, размеры, понижает КПД всей системы.

Тем не менее, непосредственные частотные преобразователи радуют пользователей своими определёнными достоинствами. К ним относятся:

достаточно большой КПД, достигаемый одним преобразованием электроэнергии;
работа в различных режимах, включая с рекуперацией энергии в сеть;
надежность, относительная дешевизна, полная управляемость и удобство;
наличие возможности неограниченного наращивания мощности системы;

Такие схемы применяются в электроприводах выпуска прошлых лет. В новых конструкциях они на практике не разрабатываются.

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Если рассмотреть монтаж преобразователя частоты схематически, то вес процесс сводиться к соединению контактов самого устройства, электродвигателя и управляющего блока-предохранителя. Достаточно соединить провода всех элементом, подключить двигатель к сети и запустить его.

На первый взгляд, ничего сложного в этом нет, но, на самом деле, процедура монтажа имеет некоторые свои нюансы:

Очень важно, чтобы в цепи между самим частотником и источником питания был установлен предохранитель. Он позволит своевременно отключать устройства в случае перепадов напряжения, сохраняя их работоспособность

Примечательно, что при подключении к трехфазной сети, необходимо, чтобы сам предохранитель также был трехфазным, но имел общий рычаг для отключения. Это даст возможность отключать питание сразу на всех фазах даже, если только на одной случилось короткое замыкание или перегрузка. Если преобразователь подключается к однофазной сети, то и предохранитель должен быть однофазным. В данном случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы по его установке. С ними необходимо ознакомиться еще до начала работ. Фазовые выходы частотного преобразователя подключаются к контактам самого электродвигателя. При этом в зависимости от напряжения частотника обмотки двигателя могут иметь формацию «звезда» или «треугольник». Обычно на корпусе двигателя указано два значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются «звездой», если большему – «треугольником». Вся эта информация обычно пропечатывается в инструкции. В комплекте практически с каждым преобразователем частоты прилагается выносной пульт управления. Он не является обязательным элементов цепи, ведь на самом устройстве также есть свои элементы управления, но позволяют существенно упростить работу с оборудованием. Пульт можно монтировать на любом расстоянии от частотника. Обычно делается это следующим образом: преобразователи частоты, которые имеют низкую степень защиты располагаются подальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно к рабочему месту около оборудования.

Не менее важным этапом установки частотного преобразователя является его тестовый запуск. Он осуществляет по следующей схеме:

После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, частотник, двигатель) необходимо перевести рукоять на пульте управления в активное положение на несколько градусов.
Тумблеры предохранителя переключить в положение «ВКЛ». После этого на частотном преобразователи должны загореться световые индикаторы, которые будут сигнализировать, что оборудование подключено правильно, а двигатель должен начать медленно вращаться.
Если вал двигателя начал вращаться в другу от нужной сторону, необходимо перепрограммировать сам частотный преобразователь на реверсное движение. Практически все современные устройства поддерживают такую функцию.
Постепенно передвигайте рукоять управления и следите за работой двигателя – частота вращения вала должна расти по мере того, как вы передвигаете рукоять.

Если при тестовом запуске никаких проблем обнаружено не было, значит, вы сделали все правильно и система может включаться в рабочий процесс.

Частотные преобразователи со звеном постоянного тока

Это устройства, выполненные по транзисторной или тиристорной схеме. Однако их основная отличительная особенность состоит в том, что корректная и безопасная работа частотника требует наличия звена постоянного напряжения. Поэтому для подключения их к промышленной сети требуется выпрямитель. Обычно, применяются комплектное оборудование, состоящее из частотного преобразователя и выпрямителя, регулируемые от одной системы управления.

В ПЧ этой группы применяется двухступенчатое преобразование электроэнергии: синусоидальное U вх с f = const выправляется в выпрямителе (В), отфильтровывается фильтром (Ф), разглаживается, и далее заново преобразуется инвертором (И) в U ̴. Ввиду двухступенчатого преобразования электроэнергии снижается КПД и несколько ухудшаются массогабаритные показателив сравнении с преобразователями частоты с непосредственной связью.

Для создания синусоидального U ̴ самоуправляющиеся преобразователи частоты. В качестве ключевой базы в них используются усовершенствованная тиристорная и транзисторная основа.

Основным преимуществом тиристорной преобразовательной аппаратуры считается возможность оперироватьс большими параметрами сети, с выдерживанием при этом продолжительной нагрузки и импульсных воздействий. Аппараты обладают более высоким КПД.

Частотные преобразователи на тиристорах на сегодня превосходят остальные высоковольтные приводы, мощность которых исчисляется десятками МВТ с U вых от 3до 10 кВ и более. Однако и цена на них соответственно наибольшая.

Преимущества:

наибольший КПД;
возможность использования в мощных приводах;
приемлемая стоимость, невзирая на внедрение добавочных элементов.

Специфические параметры

В специализированных частотных преобразователях для лифтов используются особые параметры управления, например, такие:

скорость движения лифта (м/с)
диаметр шкива двигателя (мм)
механический коэффициент редукции (в случае использования двигателя с редуктором)
инерция нагрузки (%) – этот параметр определяется массой кабины лифта
ускорение кабины лифта (м/с2)

Кроме того, преобразователь должен «уметь» точно измерять параметры двигателя и проводить автонастройку системы под нагрузкой. Также в ПЧ для лифта должны присутствовать расширенные настройки момента, скорости, скольжения и защит.

Принцип действия преобразователя частоты

Первооснову привода определяет инвертор двойного преобразования. Принцип действия заключается в том, чтобы:

входной переменный токсинусоидального типа 380 либо 220В выпрямляется блоком диодов;
потом фильтруется посредством конденсаторов для минимизации пульсации напряжения;
дальше напряжение подаётся на микросхемы и мосты транзисторов, создающие из него 3-х фазную волнус установленными параметрами;
на выходе прямоугольные импульсы превращаются в синусоидальное напряжение.

Уход за преобразователем

Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:

Отслеживать оседание пыли на внутренних элементах и производить своевременную чистку устройства при помощи компрессора.
Удостоверяться в работоспособности узлов, которые используются механизме, и производить их замену, если возникает такая необходимость.
Соблюдать адекватную рабочую температуру (не более +40°С) механизма и уровень напряжения на управляющей шине.
Регулярно (не реже одного раза за 3 года) обновлять слой термопасты на силовых компонентах устройства.
По возможности соблюдать умеренный уровень влажности.

Как подключить и настроить преобразователь частоты?

Общая схема подключения асинхронного электродвигателя с применением частотного преобразователя в принципе не сложная, так как вся основная разводка заключается в корпусах приборов. Для технаря, владеющего практикой, разобраться в ней не составит сложности. В схеме место для преобразователя выделяется сразу после автоматического выключателя с номинальным током, равным номиналу электрического двигателя. При монтаже преобразователя в 3-х фазную сеть необходимо задействовать трехполюсный автомат,имеющий общий рычаг. При перегрузке это позволит мгновенно отключить все фазы от сети электроснабжения. Ток срабатывания должен быть равным току одной фазы электродвигателя. При однофазном питании, следует выбирать автоматический выключатель, с утроенным значением тока одной фазы.

Во всех случаях, монтаж инвертора должен осуществляться с включением автоматических выключателей в разрыв нулевого или заземляющего провода.

Практически настраивать частотный преобразователь – это значит, проводить подключение жил кабеля к видимым контактам электрического двигателя. Конкретное соединение определено характером напряжения, вырабатываемого непосредственно преобразователем частоты. Для 3-х фазных сетей на промышленных объектах электродвигатель подсоединяется «звездой» — этой схемой подразумевается параллельное подсоединение проводов обмоток. Для бытового применения в однофазных сетях применяется схема «треугольник» (где U вых не превышает U ном больше чем на 50%).

Пульт управления необходимо располагать втам, где будет комфортно пользоваться. Схема подключения пульта обычно отображена в пользовательской инструкции к частотному преобразователю. Перед установкой, до подачи электропитания рычаг нужно перевести в положение «выключено». После того должна загореться соответствующая индикаторная лампочка. По умолчанию для пуска аппарата требуется нажать на клавишу «RUN». Для плавного наращивания оборотов электродвигателя нужно не торопясь повернуть рукоятку пульта. При обратном вращении необходимо переустановить режим посредством кнопки реверса. Сейчас уже можнобудет перевести рукоятку в рабочее положение и установить требуемую скорость вращения. Стоит заметить, что на управляющих пультах отдельных ПЧ указывается не механическая частота вращения, а частота питающего напряжения.

Что такое частотный преобразователь и в каких случаях он применяется

Преобразователь частоты предназначен для управления скоростью вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Внешний вид частотных преобразователей

Частотные преобразователи применяются в следующих случаях:

при необходимости изменения скорости вращения электродвигателя;
при необходимости поддержания значения технологического параметра (например, давления) посредством изменения скорости вращения электродвигателя;
отсутствует питание 380В. Частотные преобразователи с питанием 220В поставляются на мощность до 2,2кВт включительно. Мощность двигателя при этом не теряется (Если двигатель имеет возможность переключения «звезда-треугольник
» 380/220, то он может быть включен от однофазной сети 220В);
требуется подключение к промышленной сети двигателей с «нестандартным» напряжением питания и частотой.

Кроме основных функций, ПЧ обеспечивает

возможность включения реверса без дополнительного оборудования;
ограничение пускового тока двигателя;
контроль тока двигателя;
плавный разгон и торможение (настраиваемые по времени);
дополнительную защиту двигателя;
возможность пропуска резонансных частот;
стабилизацию момента двигателя даже при колебаниях входного напряжения;
возможность остановки с замедлением;
возможность экономии электроэнергии при частично загруженном двигателе (даже без датчика обратной связи);
работу со встроенным таймером и счетчиком;
переход в «спящий режим» с отключением насоса при отсутствии водопотребления;
возможность автоматического перезапуска при восстановлении питания.

Все перечисленные параметры (функционал) поддерживают преобразователи частоты ELHART серии EMD-MINI и EMD-PUMP.

Ради чего нужен преобразователь частоты?

Применение задвижек и регулирующих клапанов в производстве постепенно уходит в прошлое. Пришедшие им на замену асинхронные двигатели выгодно отличаются высокой производительностью и мощностью, но также не лишены характерных недостатков. К примеру, контроль над скоростью вращения ротора требует оснащения добавочными элементами. Пусковые токи превышают номинальные до семи раз. Такая ударная перегрузка отражается на сроке службы агрегата.

Высокоэкономичное функционирование насосов основывается на постоянной регулировке таких технических показателей как температура, давление и расход воды. Оптимизация работы дымососов и вентиляторов требует регулировки температурного режима, давления воздуха и разреженности газов. Экономичность использования станков предусматривается регулировкой скорости вращения двигателя. В конвейерной специфике работы важной особенностью является производительность. Специальные частотные агрегаты предназначены для решения подобных задач.

Для фирмы и предприятий частные преобразователи необходимы в плане:

экономии энергетических ресурсов;
долгосрочности службы механической и электрической части технологического оборудования;
уменьшения денежных затрат на плановые ремонтно-предупредительные процедуры;
ведения оперативного управления, принципиального контроля за техническими параметрами и т. п.

Использование частотного привода повышает техническую эффективность производства еще и за счёт высвобождения некоторого оборудования.

Применение преобразователей частоты в лифтах

Строительство многоэтажных зданий за последние десятилетия переживает бурный подъем. Нет ничего удивительного в том, что не ослабевает и потребность оснащения сооруженных зданий надежным и комфортным лифтовым оборудованием. Продуманный, качественно смонтированный и правильно отрегулированный лифт обеспечивает будущим обитателям сооружения безопасность, удобство и возможность быстрого вертикального перемещения между этажами, а также доставку необходимых грузов.

Классификация лифтов

Самой распространенной разновидностью лифтовых систем являются пассажирские лифты. Ими оснащено большинство жилых и офисных зданий. Как правило, скорость движения таких лифтов лежит в пределах 45-105 метров в минуту, а грузоподъемность составляет 450-1350 кг, что примерно соответствует от шести до двадцати пассажиров.В торговых, производственных, складских и медицинских помещениях нередко сооружаются грузовые лифты, скорость их движения примерно та же, что у пассажирских, а грузоподъемность несколько выше – от 600 до 2500 кг.

Существуют и некоторые другие, специальные разновидности подъемников, используемые для вертикального перемещения специфических грузов. В частности, это особые подъемники для транспортировки автомобилей, которые нередко сооружаются в местах многоуровневых парковок. На мельницах, элеваторах и некоторых заводах устанавливаются транспортеры для сыпучих грузов. Особое место занимают эскалаторные системы в супермаркетах, на вокзалах, в метро, аэропортах. Приводное оборудование, аналогичное используемому в лифтах и эскалаторах, применяется также и в устройствах подъемных ворот и дверей.

Устройство приводов лифтов

Самым распространенным типом лифтового привода является тянущий. В этом случае кабина лифта поднимается и опускается с помощью тросов, наматываемых или сматываемых со специального барабана. Вращение барабана, в свою очередь, осуществляется асинхронным двигателем. Более высокими эксплуатационными качествами обладает плунжерный гидравлический лифт, но он сложнее в монтаже и обслуживании. Перемещение подвижного блока осуществляется посредством плунжера, приводимого в действие гидроцилиндром, размещенным в трубе.

Во всех типах лифтовых приводов используются асинхронные электродвигатели. Широкое применение этой разновидности двигателей обусловлено рядом существенных преимуществ. Основное из них возможность плавной регулировки частоты вращения вала двигателя и, соответственно, скорости перемещения нагрузки, в случае лифта – кабины с грузами или пассажирами. Помимо плавности хода лифта, такая регулировка позволяет экономить электроэнергию, снижая энергопотребление привода в зависимости от нагрузки путем уменьшения напряжения. Существенно повышается общий эксплуатационный ресурс и двигателя, и многих других узлов привода.

Физическую основу регулировки скорости вращения составляет возможность изменения частоты переменного напряжения, подаваемого на обмотки двигателя. Непосредственно эта задача возлагается на один из ключевых узлов любого асинхронного привода с регулировкой частоты частотный преобразователь.

Принцип работы частотных преобразователей

Частотный преобразователь – это электронное устройство для регулировки частоты выходного напряжения. Частота на выходе преобразователя задается подачей управляющего напряжения на один из входов. На другой вход подается базовое питающее напряжение от обычной электросети. Частотный преобразователь состоит из двух ключевых блоков – выпрямителя и инвертора. Выпрямитель осуществляет преобразование входного переменного тока из обычной электросети, имеющего постоянную стандартную частоту, в постоянный ток. Затем постоянный ток подается на инвертор, где он снова преобразуется в переменный, но уже с той частотой, которая требуется, причем эту частоту можно менять с помощью управляющего напряжения.

Основу схемы инвертора составляют запираемые тиристоры или биполярные транзисторы. Преобразователи на базе транзисторов способны работать в более широком диапазоне токов и напряжений, обладают большим КПД, устойчивы к продолжительным нагрузкам и импульсным воздействиям.

Основные требования к частотным преобразователям

Выбирая марку частотного преобразователя для привода лифта или подъемника, прежде всего, следует обращать внимание на несколько важных характеристик. Очень важно чтобы мощность преобразователя соответствовала номинальной мощности используемого электродвигателя. Вторым существенным параметром является тип питающего напряжения. Как правило, применяются приводы и преобразователи, рассчитанные на трехфазную промышленную сеть с напряжением 380 В. Но в некоторых случаях можно использовать и однофазное питание напряжением 220-240 В. Эта разновидность в большинстве случаев рассчитана на меньшую мощность.

Очень важным показателем для частотного преобразователя является диапазон регулирования. Практически все преобразователи надежно работают при снижении скорости вращения ротора двигателя до 10% от номинальной. Если же требуется еще более низкая скорость вращения, подойдет далеко не каждый преобразователь, и нужно четко выяснить этот момент у поставщика. Некоторые преобразователи имеют режим рекуперации – когда энергия от торможения системы преобразуется и возвращается в сеть. Такие преобразователи несколько дороже, но нередко достаточно быстро окупаются в процессе эксплуатации за счет экономии электроэнергии. Конструкция частотных преобразователей предусматривает защиту всего привода от различных внештатных ситуаций. Чем больше защитных функций заложено в конкретную модель, тем она дороже, но эти расходы зачастую оправданы, поскольку система в целом функционирует более надежно, безопасно и реже выходит из строя. Как показывает практика, при внедрение преобразователей частоты на лифтах, окупаемость частотников составляет не более 1.5 года. Также существенно сокращаются расходы на обслуживание механической части. Больше информации Вы можете получить, связавшись с нашими специалистами удобным для Вас способом в разделе Контакты

Материал подготовлен chastotinik.com.ua

Где используются частотные преобразователи?

Аппаратура широко применяется в промышленных и устройствах, где необходимо изменение скорости вращения двигателя, мероприятия по борьбе с амплитудными пусковыми токами или корректирование в регулирующих деталях (комбинации элементарных преобразователей с использованием обратной связи) и т. п. Рассмотрим их применение по мере востребованности:

Насосы. Поскольку потребляется мощность, пропорциональна, как известно, кубу скорости вращения, то использование преобразователя частоты позволяет сэкономитьпотребление электроэнергии до 60 %, в сравнении с методом регулировки мощности посредством заслонок на трубе. Годовое использование частотного преобразователя окупает все затраты на его приобретение. Аппараты позволяют также:

снижать тепловые и водные потери на 5 — 10 %,
уменьшать количество аварий на трубопроводах;
обеспечить полноценную защиту электрического двигателя.

Дополнительным преимуществом является решение проблемы с гидроударами: работающие ПЧ сглаживают пуск/останов насоса. На модернизированных насосных станциях налажены системы, позволяющие управлять насосами групповым методом без необходимости в установке контроллера.

Вентиляторы. Все, вышесказанное для насосов, в полной мере имеет отношение и к вентиляторам. Что касается экономии потребления электричества, она здесь еще более значительна, так как в целях прямого пуска больших вентиляторов зачастую используются более мощные двигательные агрегаты. Усовершенствование технологических установок приводит к повышению рентабельности производства. Экономичность достигается и за счёт уменьшения потерь холостого хода.

Транспортеры. Адаптация скорости перемещения к скорости технологической системы, не являющейся постоянной величиной. Плавный запуск значительно увеличивает ресурс механической части системы, так как ударные нагрузки наносят вред техническому оборудованию.

Область использования преобразователей частоты довольно обширна. Среди управляемых инверторов насосного типа небольшой мощности можно выделить также центробежные насосы, компрессоры, центрифуги, воздуходувки и т. д.

К общепромышленной серии управляемых ЧРП частотников средней мощности относятся двигатели в вентиляторах, дымососах, в системах водоснабжения, смесителях, дозаторах, производственных линиях.

Трудно представить без векторного управления с помощью преобразователей лифтовое и другое подъемно-транспортное оборудование со значительными перегрузками при пуске/остановке.

Использование ПЧ с обратной связью позволяет обеспечить точность скорости вращения, что станет залогом улучшения качества технологического процесса и решения поставленных задач. Известные производители имеют ряд моделей, ориентированных на рабочий режим в замкнутой системе. Техника рекомендована к использованию в деревообрабатывающей промышленности, робототехнике, системах точного позиционирования и др.

Вся перечисленная техника может управляться с помощью преобразователей с аналогово-цифровыми входами/выходами для регулирования, дистанционным контролем и мониторингомпо последовательной линии связи.

Потери неизбежны?

Остановимся более подробно на электрических потерях, возникающих в асинхронном электродвигателе.
Работа электрического привода характеризуется целым рядом электрических и механических величин.

К электрическим величинам относятся:

напряжение сети,
ток электродвигателя,
магнитный поток,
электродвижущая сила (ЭДС).

Основными механическими величинами являются:

частота вращения n (об/мин),
вращающийся момент M (Н•м) двигателя,
механическая мощность электродвигателя P (Вт), определяемая произведением момента на частоту вращения: P=(M•n)/(9,55).

Для обозначения скорости вращательного движения наряду с частотой вращения n используется и другая известная из физики величина — угловая скорость ω, которая выражается в радианах за секунду (рад/с). Между угловой скоростью ω и частотой вращения n существует следующая связь:
при учете которой формула приобретает вид:

Зависимость вращающего момента двигателя M от частоты вращения его ротора n называется механической характеристикой электродвигателя. Отметим, что при работе асинхронной машины со статора на ротор передается через воздушный зазор с помощью электромагнитного поля так называемая электромагнитная мощность: Часть этой мощности передается на вал ротора в виде механической мощности согласно выражению (2), а остальная часть выделяется в виде потерь в активных сопротивлениях всех трех фаз роторной цепи.

Эти потери, называемые электрическими, равны:

Таким образом, электрические потери определяются квадратом тока, проходящего по обмоткам.

Они в сильной степени определяются нагрузкой асинхронного двигателя. Все другие виды потерь, кроме электрических, изменяются с нагрузкой менее существенно.

Поэтому рассмотрим, как изменяются электрические потери асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения.

Электрические потери непосредственно в обмотке ротора электродвигателя выделяются в виде тепла внутри машины и потому определяют ее нагрев. Очевидно, чем больше электрические потери в цепи ротора, тем меньше КПД двигателя, тем менее экономична его работа.

Учитывая, что потери в статоре примерно пропорциональны потерям в роторе, еще более понятно стремление уменьшить электрические потери в роторе. Тот способ регулирования частоты вращения двигателя является экономичным, при котором электрические потери в роторе относительно невелики.

Из анализа выражений следует, что самый экономичный способ управления двигателями заключается в частоте вращения ротора, близкой к синхронной.

Другие преимущества частотников:

плавное регулирование скорости вращения двигателя даёт возможность не применять редукторы, вариаторы, дроссели и другую регулирующую аппаратуру, что делает структуру управления проще, дешевле и существенно надёжнее;
частотники в составе с АД могут вполне использоваться для замены электроприводов постоянного тока;
возможно создание многофункциональных систем управления приводами на базе ПЧ с контроллером;
модернизация технологического конструктива может производиться без перерыва в работе.

Преимущества применения частотно регулируемых приводов для управления АД

Облегчает пусковой режим привода.
Позволяет двигателю долго работать, независимо от степени загрузки.
Обеспечивает большую точность регулировочных операций.
Позволяет контролировать состояние отдельных узлов в цепях промышленной электрической сети. За счет этого возможно вести постоянный учет количества времени, наработанного двигателями, чтобы потом оценивать их результативность.
Наличие электронных узлов дает возможность диагностировать неисправности в работе двигателя дистанционно.
К устройству можно подключать различные датчики обратной связи (давления, температуры). В результате скорость вращения будет стабильна при постоянно меняющихся нагрузках.
При пропадании сетевого напряжения включается управляемое торможение и перезапуск.

повышается уровень КПД за счет чего можно сэкономить порядка 30-35 % электроэнергии;
количество и качество конечного продукта возрастает;
снижается износ комплектующих механизмов;
возрастает срок службы оборудования.

Принцип действия

Если объяснять принцип работы частотного преобразователя, то можно сказать, что применение этого устройства позволяет эффективно и качественно управлять работой мощных асинхронных электродвигателей.

Оборудование представляет собой частотно-регулируемый привод (ЧРП), за счет которого улучшились технические характеристики машин и механизмов. Чтобы изменить число оборотов вала двигателя, необходимо отрегулировать амплитуду напряжения и частоты. Принцип работы преобразователя частоты основан на двух способах:

Скалярное управление — позволяет проводить регулировку согласно линейному закону, когда амплитуда и частота пропорционально зависят друг от друга. То есть изменение частоты влияет на амплитуду поступающего напряжения, которое действует на крутящий момент и коэффициент мощности механизма. Очень важно, чтобы момент нагрузки на валу электродвигателя оставался одинаковым, а отношение напряжения к выходной частоте оставалось неизменным.
Векторная регулировка — позволяет удерживать постоянную нагрузку при любых изменениях частоты. Осуществляет более точное управление, и электропривод мягче реагирует на изменение выходной мощности. Следует учитывать, на момент вращения влияет величина тока статора, точнее, магнитное поле, которое он создает.

Вам это будет интересно Особенности расчета емкостного сопротивления
Промышленное напряжение поступает на выпрямитель, который сглаживает синусоиды, оставляя пульсации сигнала. Чтобы их ликвидировать и сгладить форму выходного напряжения, предусмотрены в конструкции конденсаторы с индуктивностью.

С выпрямителя сигнал поступает на вход инвертора, состоящего из шести транзисторов с диодами, которые выполняют защитные функции от напряжения обратной полярности. Иногда в схемах могут стоять тиристоры, но они действуют медленнее и с большими помехами.

Чтобы обеспечить плавное торможение вращения, в конструкцию вмонтирован регулируемый транзистор с мощным сопротивлением. По такому принципу работает частотный преобразователь для электродвигателя.