Преобразователь частоты – это статическое преобразовательное устройство, необходимое для управления скоростью вращения асинхронных электрических двигателей. Асинхронные электрические двигатели переменного тока существенно отличаются от устройств постоянного тока. Отличие приходится на простоту конструкции и удобство использования. Именно этот фактор объясняет такую популярность асинхронных электродвигателей.
Важно отметить, что регулирование скорости вращения может выполняться посредством таких устройств, как механический вариатор, гидравлическая муфта и прочие. Но все эти методы имеют значительные недостатки, к которым относят сложность использования, низкое качество работы, дороговизну и малый диапазон регулирования.
Избежать всех этих проблем поможет частотный преобразователь для электродвигателя. В этом случае регулирование скорости вращения выполняется путем изменения напряжения питания и частоты электродвигателя. КПД такого частотника достигает 98%, а риск возникновения и развития аварийных ситуаций заметно снижается.
Классификация частотных преобразователей
По типу питающего напряжения преобразователи частоты делятся на следующие виды:
- с однофазным питанием (однофазный);
- с трехфазным питанием (трехфазный);
- высоковольтные устройства.
По типу управляемого электрического двигателя подключенного к преобразователю, устройства разработаны для управления:
- однофазными двигателями с расщепленными полюсами и однофазные конденсаторные электрические двигатели;
- трехфазными асинхронными электрическими двигателями переменного тока;
- электрическими двигателями с постоянными магнитами.
По области применения типы частотных преобразователей будут следующими:
- общепромышленного назначения;
- векторный преобразователь частоты;
- для управления механизмами, имеющими насосно-вентиляторный тип нагрузки;
- частотные преобразователи для кранов и прочих подъемных механизмов;
- адаптированный для использования в тяжелых условиях (частотный преобразователь взрывозащищенный);
- децентрализованный частотно регулируемый преобразователь, монтируемый непосредственно на электрический двигатель.
Все приведенные выше типы частотных преобразователей адаптированы для определенных условий эксплуатации, и чем сложнее эти условия, тем внимательнее следует подходить к подбору соответствующего оборудования. Так, современный высокочастотный преобразователь частоты позволяет не только организовывать наиболее энергоэффективные алгоритмы управления технологическими процессами, но и увеличивать срок службы двигателей и прочих включенных в технологический процесс элементов.
Если у Вас возникли сложности при выборе, мы поможем подобрать преобразователь частотно аналоговый, общепромышленный и другие типы преобразователей частоты, оптимально подходящие под конкретные условия использования.
Устройство частотного преобразователя
В большинстве случаев устройство частотного преобразователя базируется на схеме двойного преобразования. Агрегаты включают: звено постоянного тока (неуправляемый выпрямитель), силовой импульсный инвертор и управляющую систему. В свою очередь, звено постоянного тока включает неуправляемый выпрямитель и фильтр. Здесь переменное напряжение сети преобразуется в напряжение постоянного тока. В силовой трехфазный импульсный инвертор входит шесть транзисторных ключей и каждая обмотка двигателя подключается через определенный ключ к положительному/отрицательному выводам выпрямителя. Посредством инвертора выполняется преобразование выпрямленного напряжения в трехфазную переменную величину нужной частоты и амплитуды, прикладываемую к обмоткам статора электрического двигателя.
В роли ключей используются силовые IGBT-транзисторы. Если сравнивать их с тиристорами, то первые имеют более высокую частоту переключения, что дает возможность вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы при минимальных искажениях. Информация о том, как подключить и настроить частотный преобразователь будет рассматриваться ниже. В данном разделе приведено только общее устройство преобразователя частоты для ознакомления.
Применение частотного преобразователя
Применение частотных преобразователей позволило успешно реализовать эффективные системы регулирования скорости нижеприведенных объектов:
- насосы горячей/холодной воды в системах тепло- и водоснабжения;
- вспомогательные агрегаты котельных, ТЭС, ТЭЦ и котлоагрегатов;
- дробилки, мельницы, экструдеры и мешалки;
- различные песковые и пульповые насосы обогатительных фабрик;
- лифтовые установки;
- центрифуги разных типов;
- производственные линии картона, пленки и прочих ленточных материалов;
- крановое и эскалаторное оборудование;
- механизмы силовых манипуляторов;
- приводы буровых станков, специализированного оборудования и т.д.
В начале статьи уже было рассмотрено, для чего нужен частотный преобразователь, а на данном этапе освещения вопроса остается подчеркнуть, что этот тип оборудования позволяет получить существенный экономический эффект:
- экономия до 50% электроэнергии в агрегатах путем поддержания двигателя в режиме оптимального КПД;
- увеличение объема и оптимизация качества выпускаемой продукции;
- повышение уровня производительности производственного оборудования;
- снижение степени износа механических звеньев;
- продление срока эксплуатации технологического оборудования, коммутационной аппаратуры.
В конечном итоге, назначение преобразователя частоты – это обеспечение максимально эффективной и продуктивной работы оборудования со всеми вытекающими положительными аспектами.
Как выбрать преобразователь частоты?
Чтобы упросить выбор частотного преобразователя, рекомендуем обратить внимание на таблицу, где приведены факторы, заслуживающие первостепенного внимания при подборе агрегата:
| Классификация | Связанные характеристики | ||||
| Скорость и момент | Параметры времени | Перегрузочная способность | Пусковой момент | ||
| Тип нагрузки | Фрикционная нагрузка и подъем груза. | * | * | ||
| Вязкая, высокоинерционная нагрузка. | |||||
| Нагрузка с передачей и накоплением энергии. | |||||
| Характеристики скорости и момента | Постоянный момент | * | * | ||
| Постоянная скорость | |||||
| Уменьшающийся момент | |||||
| Уменьшающаяся скорость | |||||
| Характер нагрузки | Постоянная нагрузка | * | * | * | * |
| Ударная нагрузка | |||||
| Периодически изменяющаяся нагрузка | |||||
| Высокий начальный момент | |||||
| Низкий начальный момент | |||||
| Продолжительный режим на ном. скор. | * | * | |||
| Продолжительный режим на низкой/средней скорости. | |||||
| Повторно-кратковременный режим. | |||||
| Максимальный вых. ток (мгновенный) | * | * | |||
| Постоянный вых. ток (продолжит) | |||||
| Максимальная частота | * | ||||
| Номинальная частота | |||||
| Мощность или импеданс источника питания | * | * | |||
| (распред. трансформатора + провода). | |||||
| Скачки напряжения или дисбаланс фаз. | |||||
| Число фаз, частота. | |||||
| Механическое трение, | * | * | |||
| потери в проводниках | |||||
| Изменение рабочего цикла | * | ||||
Также подбор частотного преобразователя исходит из определенного перечня задач, которые должен эффективно решать привод:
- *тип и мощность подключаемого двигателя
- *точность и диапазон регулирования скорости
- *точность поддержания момента вращения на валу электродвигателя
Учитываются и конструктивные особенности ПЧ: форма, размер, пульт управление и т.п.
При работе с асинхронными электрическими двигателями, выбор преобразователя частоты должен основываться на соответствующей мощности. В случае, когда есть необходимость в большом пусковом моменте или минимальном времени разгона и торможения, рекомендуется обратить внимание на агрегаты на ступень выше стандартного. При выборе ПЧ для двигателя специального назначения, важно руководствоваться номинальным током преобразователя, который должен быть выше номинального тока электродвигателя.