Частотные преобразователи - виды, отличия и особенности

Принцип работы частотного преобразователя

Преобразователь частоты - это электротехнический прибор для регулировки частоты переменного напряжения, подаваемого на промышленное электрооборудование. Промышленное напряжение составляет 50-60 Гц. После преобразования напряжения частота равняется от 0.4 до 400 Гц. Именно такие величины оптимальны для использования в двигателях.

Ротор любого электродвигателя вращается при воздействии электромагнитного поля внутри обмотки статора. Скорость его оборотов определяется промышленной частотой электрической сети, которая обычно составляет 50 Гц. Это значит, что за одну секунду совершается 50 периодов колебаний. Столько же раз вращается ротор под действием электромагнитного поля. Изменением частоты сети, приложенной к статору, регулируется скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Так управляются электродвигатели.

Производится несколько видов преобразователей частоты. Каждый обладает особенностями, которые учитываются при выборе подобного оборудования.

Устройства управления частотой применяются практически во всех отраслях промышленности. Значительная часть всего вырабатываемого в мире электричества направляется на электродвигатели, а управляют их работой частотные преобразователи.

Частотники применяются в следующих системах и оборудовании:

• Конвейеры;
• Подъёмные краны и лифты;
• Водяные насосы и системы водоочистки;
• Промышленное оборудование;
• Вентиляторы.

Защитная функция преобразователей

Помимо функций управления данные устройства выполняют защитные функции, среди которых:

- ограничение силы тока при пуске, при продолжительной работе, при остановке и коротком замыкании;

- защита от повышенного и пониженного напряжения;

- контроль температуры двигателя;

- защита радиатора от перегрева;

- защита выходных IGBT.

Виды частотных преобразователей

Частотные преобразователи с непосредственной связью (электромашинные, индукционные).

Их главным компонентом является выпрямитель на основе тиристоров, позволяющих в нужном порядке подавать питание на обмотки статора. Устройства формируют частоту ниже, чем в сети, что сужает возможности эксплуатации электротехники. Основой конструкции является транзисторный выпрямитель, при котором происходит поочерёдное открытие транзисторов. Поэтому обмотки статора поочерёдно подключаются к сети.

Недостатки частотных преобразователей с непосредственной связью следующие:

- Множество отклонений спектра напряжения от стандартного в 50 Гц. в выходящем напряжении. Из-за этого падает производительность подключенного привода, он получает дополнительные нагрузки и греется.

- Устройство позволяет только снижать интенсивность вращения подключенного электромотора, что ограничивает его функциональность.

- Практическое использование показало, что эффективность такого преобразователя достигается только мощными электроприводами.

Преимущества данных частотных преобразователей:

• Функция рекуперации - в процессе торможения часть электроэнергии может быть возвращена в сеть.
• Частота преобразуется однократно, что повышает общий КПД оборудования.
• Устройства комбинируются с другими приборами для увеличения мощности.
• Широкий низкочастотный диапазон.
• Преобразователь совместим с высоковольтными цепями с напряжением до 10 кВт.
• Работает при перегрузках по току и напряжению, выдерживает импульсные перегрузки.

Частотные преобразователи со звеном постоянного тока (электронные, полупроводниковые).

В отличие от преобразователей с непосредственной связью, алгоритм преобразования данных частотников состоит из двух этапов. Первый этап – спрямление, сглаживание и фильтрация сетевого напряжения, второй – его передача в инверторный блок, где формируется ток требуемой частоты и оптимальная амплитуда напряжения. Функцию силовых ключей в данном случае выполняют запираемые тиристоры или транзисторы IGBT. Чаще всего используется второй вариант, поскольку тиристоры отличаются сложной конструкций, при этом менее эффективны и точны.

Тиристор активируется коротким импульсом на электрод управления. Преобразователь на основе IGBT-модулей расширяет доступные диапазоны скоростей электромоторов. Устройства могут работать и на высоких, и на низких оборотах без применения датчиков.

Достоинствами данных преобразователей частоты являются:

• Выходная частота напряжения может быть и ниже, и выше сетевой. Это позволяет регулировать скорость вращения электропривода в широком диапазоне, применять преобразователи с любыми моторами.
• Преобразователь образует выходное напряжение с идеально чистой синусоидой. что является большим плюсом при использовании оборудования с множеством электронных деталей.
• Преобразователи являются основой для сборки многокомпонентных систем управления для быстрого реагирования на изменение характеристик подключенного оборудования и настройки его производительности и скорости.
• Устройства используются и на основных, и на резервных линиях питания.
• Применяемые в приборах совершенные алгоритмы управления обеспечивают взаимодействие с любыми электромоторами, включая претенциозные, требующие максимально точных настроек скорости и вращающего момента.
• Быстродействующие транзисторы вместе с микропроцессорами меньше нагревают обмотку.
• Оснащаются защитой от перенапряжения.

У подобных частотников есть и недостатки:

Первый - сложность конструкции увеличивает габариты. В детали частотника входит: сглаживающий колебания фильтр, инвертор для рекуперации электрической энергии, обрабатывающий информацию процессор и другие модули.

Второй недостаток - меньший КПД по сравнению с устройствами предыдущего типа, что связано с двойным алгоритмом преобразования и сопутствующими потерями энергии.

Третий - сложность производства, как следствие - большая цена по сравнению с преобразователями с непосредственной связью.

Классификация по назначению

1.Для асинхронных электродвигателей. Такие двигатели - самые распространённые в промышленности и быту. У данных приводов есть недостатки, для нивелирования которых и было изобретено преобразующее устройство. Подходящий контроллер частоты обеспечит плавное регулирование вращения ротора.

2.Для вентиляторов. Частотный преобразователь в системах вентиляции очень важен. Деталь меняет скорость и частоту вращения вентилятора. Работа оборудования регулируется заранее заданными параметрами: температура и влажность воздуха, концентрация сторонних веществ и др. Возможна настройка автоматического включения-отключения системы.

3. Частотные преобразователи для насоса. Главной деталью насосов является электродвигатель, регулирование потока жидкости производится частотными преобразователями. Устройства могут использоваться вместе с насосом, как и с электродвигателями. Это продлит время работы насосного оборудования.

Другие виды классификации преобразователей

Фаза сети. Одни модели используются только в однофазных сетях (бытовые устройства невысокой мощности и производительности), другие применяются в трёхфазных. Также существуют регуляторы частоты для высоковольтных сетей.

Условия использования. Преобразователь для работы в цехе должен выдерживать значительные температурные колебания, контакт с влажным запылённым воздухом. Для этого все силовые и электронные компоненты устройства помещаются в герметичный корпус, соответствующий стандартам IP54 или IP65. Преобразователи для использования на опасных производствах, где в цехах высокая концентрация газов или детонирующих веществ, комплектуется изолированными силовыми компонентами. Это исключает формирование искры и накопление статического заряда, способного привести к воспламенению или взрыву скопившихся газов.

По напряжению сети. Обычно частотники запитываются от трёхфазной промышленной сети 380В. Выпускаются модели привода, спроектированные для работы от однофазной сети 220-240В. Обычно мощность таких моделей составляет до 3,7кВт. Производятся высоковольтные приводы, позволяющие управлять двигателями, мощности которых измеряются уже в МВт.

Мощность частотного преобразователя

Выбирая преобразователь, следует оценить переносит ли прибор нагрузки. Частотник выбирается соответствующий номинальной мощности двигателя. Однако при этом нагрузка на валу должна оставаться постоянной. Возможность выдерживать перегрузки указывается в процентах от номинального тока вместе с максимально допустимым временем действия данной перегрузки. Для правильного выбора преобразователя требуется знать:

- уровень перегрузок;

- их длительность;

- частота их возникновения.

Диапазон регулирования частотного преобразователя

Если скорость не будет снижаться меньше 10% от номинальной, подойдёт любой частотник. При потребности большего снижения скорости, частотный преобразователь должен обеспечивать работу на минимальных частотах. Также с диапазоном частоты вращения связан вопрос охлаждение электродвигателя. Обычно асинхронный электродвигатель охлаждается смонтированным на вал вентилятором. Поэтому при понижении скорости эффективность охлаждения резко падает.

Оставить заявку или получить обратную связь вы можете написав нам на info@industriation.ru или позвонив по бесплатному номеру 8 800 550-72-52. Специалисты отдела продаж подберут оборудование, проконсультируют по возникшим вопросам и проконтролируют поставку.