.png)
Частотный преобразователь (ЧП) представляет собой электронный спецприбор, преобразующий сетевой ток в режиме реального времени в целях адаптации его под параметры электродвигателя. Чтобы понять важность использования подобных устройств, рассмотрим подробно их устройство, функционал и особенности работы.
Устройство частотных преобразователей
В конструкции каждого частотного преобразователя есть несколько узлов, которые отвечают за функциональные возможности данного оборудования:
- силовой импульсный инвертор;
- звено постоянного тока, которое состоит из выпрямителя и фильтрующего устройства;
- система управления.
Первым узлом, куда подается напряжение, является выпрямительное устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный. После выпрямителя ток протекает через транзисторные ключи, которые поочередно подключают обмотку асинхронного двигателя к плюсовому и минусовому контакту выпрямителя. Система из нескольких коммутационных транзисторов образует силовой импульсный инвертор, который является промежуточным узлом любого частотного преобразователя. В современных силовых инверторах используются биполярные транзисторы, которые позволяют вырабатывать достаточно высокую частоту переключения, что дает возможность получать синусоиду с минимальными искажениями.
Назначение частотного преобразователя для асинхронных двигателей
Всего лишь несколько лет назад для регулировки двигателей использовались механические устройства, которые не могли предотвратить ударно-пусковые нагрузки на оборудование. В результате срок эксплуатации асинхронных двигателей был небольшой, к тому же использование механической системы управления приводило к существенным энергопотерям. Для исключения негативного воздействия на промышленное оборудование специалисты разработали электронные устройства регулировки частоты, которые позволяют осуществлять широтно-импульсное управление асинхронными двигателями. В результате пусковой ток стал ниже в 4-5 раз, что делает возможным плавный пуск оборудования.
Кроме отсутствия большого пускового тока, преобразователи частоты сокращают энергопотери, а также позволяют создавать обратную связь между смежными приводами, поэтому оборудование может работать в режиме автонастройки.
Технические характеристики
При выборе частного преобразователя следует внимательно изучить его эксплуатационные параметры:
- Диапазон входного напряжения – каждый преобразователь может работать в строго определенном диапазоне, поэтому данный параметр является основным при выборе устройства.
- Номинальная мощность – указывается в кВт и показывает, какую нагрузку можно подключать к преобразователю.
- Номинальный выходной ток.
- Диапазон частот на выходе преобразователя.
- Уровень выходного напряжения.
- Допустимые отклонения от номинальной частоты.
Несоблюдение некоторых параметров может привести к порче оборудования, а также выходу из строя частотного преобразователя.
Принцип действия частотного преобразователя
Как уже было сказано, регулировка пускового тока механическими устройствами негативно отражается на сроке эксплуатации асинхронных двигателей, т. к. в этом случае пусковой ток может значительно превышать расчетные параметры.
Частотный преобразователь для электродвигателя учитывает специфику эксплуатации и позволяет при изменении входной частоты регулировать частоту вращения, при этом диапазон выходного напряжения обычно достаточно большой.
Сетевое напряжение номиналом 220 или 380В подается на входной диодный мост и фильтрующий узел, после чего выпрямленный ток поступает на силовой инвертор, который задает последовательность частоты и ее величины. На выходе преобразователя образуется напряжение с прямоугольной формой импульсов, однако при попадании на индуктивные обмотки двигателя амплитуда становится более сглаженной, близкой к синусоиде.
Разница типов сигналов управления
Сегодня производители предлагают частотные преобразователи с различными типами управления, каждый из которых имеет свои особенности:
- Скалярный режим – применяется в устройствах, которые позволяют регулировать частоту в соотношении 1:40. Обычно такие устройства используются при эксплуатации различных насосов, вентиляторов и компрессорных установок. Скалярный принцип работы позволяет удешевить стоимость преобразователя, что является немаловажным фактором при выборе устройства.
- Векторный режим – позволяет обеспечить максимальное совпадение параметров асинхронных двигателей с выходом силового инвертора. Баланс достигается благодаря разделению регуляционных каналов, которые управляют частотой двигателя. Преобразователи с векторным управлением используются при эксплуатации высокоточного оборудования, при этом стоят на порядок дороже.
Выбор частотного преобразователя
Проектирование частотно регулируемого электрического привода требует согласования нескольких параметров, поэтому при выборе частотного преобразователя следует принимать во внимание следующие критерии:
- Способ управления и наличие нескольких каналов связи. Частотники нередко используются в комплексных системах автоматизации и удаленного обслуживания, поэтому такое оборудование должно иметь контроллер, позволяющий обеспечивать связь по протоколу, используемому в конкретной АСУТП.
- Назначение преобразователя. Производители выпускают электронные преобразователи как общего применения, так и для отдельных сфер под конкретное оборудование, что снижает их адаптационные возможности.
- Выходная номинальная и предельная мощность. Преобразователь должен иметь мощность на 15-30% больше, чем потребляет электродвигатель, в противном случае силовой инвертор будет работать «на пределе», что в определенных условиях может спровоцировать его выход из строя.
- Уровень и точность регулирования. Диапазон изменения частоты и погрешность преобразователя должны соответствовать требованиям эксплуатации асинхронного двигателя.
- Электромагнитная совместимость. Электронные компоненты частотного преобразователя вырабатывают помехи, при этом устройство также восприимчиво к ним. При превышении уровня электромагнитных помех в помещении работа преобразователя не гарантирована, поэтому в ряде случаев используются специальные фильтры и экранированные кабельные линии.
- Защитные функции, позволяющие отключать устройство при возникновении внештатных ситуаций.
Выбор частного регулятора производится по специальным методикам, поэтому любая ошибка при проектировании может привести к отказу оборудования или аварии. При правильном подборе частотного преобразователя удается сократить потребление электроэнергии на 40-50%.
Способы подключения
Наиболее простым способом подключения является включение в силовую цепь автомата отключения перед преобразователем, при этом защитное устройство должно выдерживать величину напряжения, которое подается на электродвигатель. Для этих целей используются трехфазные автоматы, которые отключают 3 фазы в случае замыкания в одной из обмоток.
При установке однофазного частотного преобразователя следует устанавливать автомат, способный выдерживать трехкратное увеличение тока в цепи.