По материалам компании ООО «РусАвтоматизация»,
г. Челябинск, РФ
Преобразователь частоты – это устройство статического преобразования, разработанное для управления скоростью вращения асинхронных электрических двигателей и предназначенный для регулирования и конвертирования напряжения с определенной частотой и амплитудой. Такое оборудование применяется для управления асинхронными электродвигателями, оно позволяет существенно продлить сроки эксплуатации преобразователя.
Частотные регуляторы состоят из следующих устройств:
- Выпрямителя, в котором полупроводниковые диоды конвертируют переменный ток в постоянный.
- Фильтра напряжения – он используется для сглаживания постоянного напряжения, выходящего из выпрямителя, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Фильтр удаляет несущую частоту, оставляя только рабочую выходную частоту, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной, тем самым, устраняя все перенапряжения на обмотках двигателя.
- Системы на основе микропроцессора – она управляет входным выпрямителем, принимает и обрабатывает сигналы с датчиков, взаимодействует с автоматизированной системой более высокого уровня, записывает и сохраняет информацию о событиях, генерирует выходное напряжение преобразователя соответствующей частоты. Выполняет функции защиты от перегрузки, обрыва фазы и других аварийных режимов работы.
Структура частотного регулятора:
где:
ЗПТ – звено постоянного тока;
БП – блок питания;
ДТ – датчик тока;
U – амплитуда;
М – мотор.
Виды частотных преобразователей
Преобразователи частоты бывают двух видов:
- С непосредственной связью. Силовая часть таких устройств представляет собой управляемый транзисторный выпрямитель, в котором поочередно открываются определенные группы блокируемых транзисторов, а обмотки статора по очереди подключают к сети.
- С выраженным звеном постоянного тока. Выходное сетевое напряжение выпрямляется и фильтруется, сглаживается, а затем подается на инвертор, где преобразуется в переменный ток требуемой частоты и напряжение необходимой амплитуды. IGBT-транзисторы выступают в качестве силовых ключей.
Преобразователи частоты электронного типа дают возможность плавно регулировать скорость асинхронных и синхронных машин одним из двух принципов:
- Первый: Скалярное управление электродвигателем – действует по линейному закону, по которому частота и амплитуда пропорциональны друг другу (для равномерного момента нагрузки их соотношение должно быть постоянным).
- Второй: Векторное управление асинхронным двигателем – оно поддерживает постоянный вращающийся момент нагрузки во всем диапазоне частот, тем самым повышая точность управления, привод приспосабливается к изменениям выходной нагрузки, в результате чего крутящий момент двигателя напрямую регулируется преобразователем.
В передовых моделях преобразователей частоты используется возможность управления следующими режимами:
- Ручное управление. Запуск и останов двигателя осуществляется при помощи панели или же пульта управления частотного преобразователя (в аварийных ситуациях регулировка скорости и останов происходят автоматически).
- Внешнее управление. Для контроля характеристик и определения режимов работы. Частотно-регулируемый привод с поддержкой интерфейсов передачи данных может быть подключен к системе АСУ ТП верхнего уровня.
- Дискретные входы или же «сухой контакт». В данном режиме к преобразователю частоты можно подключить внешние датчики для управления процессами автоматизированной системы.
- Управление событием – возможность программирования времени пуска или же останова, а также работу мотора в другом режиме.
Принцип работы частотного преобразователя
Работа частотного регулятора объединяет в себе несколько этапов:
- Выпрямление сетевого напряжения входными диодными блоками.
- Сглаживание и фильтрование напряжения через конденсаторы LC-фильтр.
- С помощью микросхемы и транзисторов происходит преобразование напряжения в трехфазную волну с определенными параметрами.
- Прямоугольные импульсы на «выходе» интегрируются и в конечном итоге преобразуются в почти синусоидальное напряжение.
Схема принципа работы частотного преобразователя
Таким образом, при частотном регулировании напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем инвертируется в переменное требуемой частоты.
Подключение преобразователя частоты к электродвигателю
Крайне важно придерживаться правильного подключения преобразователя к электродвигателю.
Предварительно необходимо удостовериться в том, что модель преобразователя подходит проектной задаче и все характеристики частотного регулятора соответствуют параметрам двигателя.
Последовательность подключения преобразователя частоты к электродвигателю состоит из нескольких этапов:
- Установка автоматического выключателя перед «частотником» при подсоединении к сети питания.
- Подключение фазовых выходов преобразователя к контактам двигателя согласно одной из соответствующих схем:
«Треугольник»: требуется подключить однофазный
«частотник» к асинхронному двигателю.
Схема подключения однофазного частотного преобразователя к электродвигателю:
«Звезда»: требуется подключить трехфазный
«частотник» к асинхронному двигателю.
Схема подключения частотного преобразователя для трехфазного электродвигателя:
Подключение электродвигателя «звездой» и «треугольником» – в чем разница?
Отличительными особенностями схем являются соединения концов обмоток генератора двигателя:
- «звезда»: концы обмоток соединены между собой;
- «треугольник»: конец обмотки одной из фаз соединяется с началом последующей.
Электродвигатели, подключенные к преобразователям частоты по схеме «звезда», работают плавно, но не могут развивать свою мощность на полную. Если оборудование соединено друг с другом по схеме «треугольник», двигатель будет работать на полной заявленной мощности. Недостаток такой схемы: большие значения пусковых токов.
Поэтому при выборе способа подключения преобразователей частоты для асинхронных двигателей. Стоит заострить внимание на определении мощности, создаваемой двигателем в различных режимах. Эксплуатация «частотника» с перегрузкой в течение длительного времени негативно скажется на работе оборудования. Поэтому его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет безаварийной, а срок использования оборудования продлен.
Панель управления, входящая в комплектацию преобразователя частоты, устанавливается в удобном для работы месте. Далее ее следует подключить согласно схеме, приведенной в Инструкции к приобретенному преобразователю частоты.
Выбор преобразователя частоты для промышленного оборудования – важная и ответственная задача. Малейшие погрешности при сопоставлении параметров электродвигателя и частотного преобразователя могут привести к авариям и повлечь необратимые последствия.