ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ: ИХ ВИДЫ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

В большинстве технологических процессов с использованием электромотора требуется плавная, контролируемая регулировка скорости его вращения. Одно из решений – преобразователи частоты, электронный силовой преобразователь для изменения частоты переменного тока. С ним можно легко переключать режимы, эффективно расходуя энергоресурсы. Автоматизировать технологические процессы, продлить срок службы узлов и т.д. Предлагаем рассмотреть виды преобразователей частоты, их сильные и слабые стороны и рекомендации по применению.

Как работает преобразователь частоты

Частота вращения асинхронных моторов определяется частотой и количеством пар полюсов. Количество, в свою очередь, зависит от конструктивного исполнения катушек статора, а частота электротока в сети постоянна. Поэтому для регулировки оборотов мы можем использовать только механизм регулирования частоты переменного тока с помощью преобразователей. Технически, принцип действия преобразователя частоты состоит в двойной трансформации формы сигнала сети. Стандартная частота для бытовых сетей – 50 Гц. А частотник может выводить ее в диапазоне от 0-50 Гц. Чем ниже частоты, тем медленнее вращается ротор, и наоборот.

Виды преобразователей

Итак, как мы уже упоминали, типы преобразователей частоты зависят от способа управления, уровня напряжения, числа фаз, принципа функционирования и т.д. Рассмотрим основную классификацию.

Число фаз

В частности, частотники отличаются числом фаз на входе и выходе. Так, в нашем интернет-магазине вы можете приобрести агрегаты с однофазным и трёхфазным входом. Самые востребованные сегодня – трехфазные инверторы, с помощью которых можно подбирать наиболее оптимальные режимы для работы электромашины без приостановки процесса. Напряжение питания – 380 Вольт. На выходе получается мостовая схема, где создается напряжение с тремя фазами с переменной частотой. В конечном итоге электроток эффективно передается от источника к машине, с минимальными потерями при транспортировке. Допускается применение преобразователей частоты с тремя фазами для управления моторами мощностью до пары сотен киловатт. К плюсам: трехфазные частотники чаще всего – это агрегаты повышенной надежности, компактные и ремонтопригодные. В то же время преобразователи частот однофазные – это приборы, к которым можно подключать лишь моторы, рассчитанные на 220 В. Это, по факту, те же трёхфазные частотники (с тремя фазами на выходе), но запитываются они от одной фазы. Они применяются в трехфазных электрических двигательных агрегатах с обмотками, как правило, в форме «треугольника». Мощность таких агрегатов уменьшается до 30-50%, но при этом они могут использоваться в непромышленном секторе, где нет возможности подсоединения к трехфазной сети.

По типу управляющей части

Отметим, что устройство преобразователя частоты с любым числом фаз включает две основные части: силовую и управляющую. Вторая представлена схемой на цифровой микросхеме и служит для диагностики, контроля и защиты питаемого привода и самого преобразователя. Регулировка оборотов может осуществляться по-разному, соответственно управление преобразователем частоты делится на типы:

1. Скалярное управление.
2. Векторное управление.

Устройства первого типа меняют частоту весте с напряжением в прямой зависимости. Скалярное управление относительно просто реализуется и распространено во многих приборах. Так, применение частотного преобразователя со скалярным управлением оптимально там, где требуется поддерживать стабильность технологического, без значительных динамических нагрузок. Чаще всего для регулировки электродвигателей вентиляционного, компрессорного и насосного оборудования. В них есть такие полезные прикладные функции, как:

• Функция сна/пробуждения инверторов для экономии электроэнергии и замедления износа оборудования.
• Защита от “сухого хода” – контроль рабочего состояния привода для сохранения подшипниковых узлов и уплотнений.
• Компенсация потерь на трение – поддержание постоянного давления в рабочей точке.

Также в устройствах реализуются и другие функции для оптимизации и защиты электродвигателей. Важное преимущества скалярного преобразователя частоты это возможность одновременно управлять группой приводов. Частотник вместе с алгоритмом регулировочной системы меняет частоту вращения, а также при необходимости количество одновременно работающих механизмов. Частотники со скалярным методом управления, как правило, стоят дешевле, относительно просты и широко применимы там, требования к диапазону регулирования и точности некритичны. Частотники с векторным управлением регулируют параметры выходного напряжения в соответствии с сигналами от датчиков, так чтобы на валу поддерживался определенный момент. Результат: более быстрая и точная регулировка, необходимая в механизмах, где принцип действия связан с резкой переменой нагрузки и момента на исполнительном органе. В частности, на станках (например, токарных), в том числе ЧПУ или на лифтовом оборудовании. Отметим, что векторные преобразователи напряжения и частоты отличаются такими преимуществами в сравнении со скалярными:

• большая точность и расширенные возможности для управления скоростью (расширенный диапазон);
• плавная регулировка частоты оборотов во всем диапазоне;
• возможность поддерживать стабильную скорость при изменении нагрузки мотора;
• потерь при переходных процессах в приводе снижаются.

При всех достоинствах векторного метода, следует отметить высокую сложность вычислений. При оценке оптимальных режимов работы важно учесть большой список параметров электромотора.

По типу силовой части

Итак, мы рассмотрели виды частотных преобразователей, которые рассматриваются в зависимости от типа управляющей части. Перейдем к силовой. Она включает в себя мощные транзисторы или тиристоры. При этом приборы делятся на два типа:

• с прямой связью;
• с выраженным участком постоянного тока;.

Частотники с прямой гальванической связью отличаются продолжительной работой в условиях высоких напряжений и токов и высоким КПД (в районе 98%). Они устойчивы к импульсным перегрузкам, а некоторые модели могут работать в сетях с напряжением свыше 10 кВ. При этом применение преобразователя высоких частот с непосредственной связью ограничено небольшим сегментом электродвигателей. Второй тип частотников включает агрегаты с выраженным звеном постоянного тока. Они наиболее применимы для современного силового оборудования. Здесь происходит двухэтапное преобразование частоты:

1. Первый этап: выпрямление и сглаживание электротока на входе.
2. В ходе второго этапа постоянный ток подается на инвертор и трансформируется в переменный с нужными напряжением и частотой.

Коэффициент полезного действия здесь ниже, а размеры конструкции – больше.

Дополнительная информация

Различные модели частотников запрограммированы собственным набором функций, начиная от возможности задать назначение входов-выходов и заканчивая пропорционально-интегрально-дифференцирующими регуляторами. Некоторые фабрики оборудуют свои приборы встроенными логическими контролерами. Исходя из метода управления, может понадобиться определенное число входов выходов, а также аналоговый интерфейс, размер и тип которого будет зависеть от модели частотника. При подключении тех или иных пром. сетей, важно убедиться в возможности работы частотника с необходимым для вас интерфейсом. Лучше выбирать приборы одного производителя.