Преобразователи частоты, частотные преобразователи

В современном производстве часто требуется автоматическая регулировка скорости вращения электродвигателя (в широком диапазоне их мощностей), его универсальные возможности и экономный расход электроэнергии.

Решение этой задачи возложено на специальный класс замечательных многофункциональных цифровых приборов – преобразователей частоты, которые работают в составе частотно-управляемого привода.

Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, VFD, Variable Frequency Drive) представляет собой систему управления частотой вращения ротора асинхронного/синхронного электродвигателя и включает в себя: электродвигатель и частотный преобразователь.

Частотные преобразователи созданы специально для преобразования одно- или трехфазного напряжения с постоянной частотой 50 Гц в трехфазное напряжение с переменной частотой в диапазоне от 0 до 400 Гц. Или преобразуют 50Гц в 60Гц.

Преобразователи частоты состоят из:

-моста постоянного тока, который преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный ток;

- преобразователя (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный ток нужной частоты и амплитуды.

Выходные тиристоры (GTO) или IGBT обеспечивают необходимую частоту тока для питания электродвигателя.

Для защиты тиристорных силовых ключей между преобразователем и двигателем в ряде случаев ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех — EMC-фильтр.

При скалярном управлении привода формируются гармонические токи фаз двигателя.

При векторном методе управления синхронными и асинхронными двигателями не только формируются гармонические токи (напряжения) фаз (скалярное управление), но и обеспечивается управление магнитным потоком ротора. Реализация принципа векторного управления с алгоритмами повышенной точности нуждаются в применении датчиков положения (скорости) ротора.

Высоковольтный преобразователь частоты тока контролирует работу электропривода. Он создаёт преобразованное напряжение с переменной частотой для заданных режимов работы двигателя. Это позволяет с высокой надежностью и эффективностью автоматизировать технологические процессы, а также решать различные задачи управления производительностью технологического процесса.

Данное свойство открывает им широкие возможности применения для бесступенчатого регулирования скорости любых асинхронных электродвигателей, в том числе мощных электродвигателей компрессоров, лифтов, кранов, подъемников и всевозможных промышленных механизмов.

Кроме того, внедрение устройств частотного регулирования привода в производственный процесс дает значительную экономию электроэнергии. Например, на объектах водоснабжения окупаемость преобразователей частоты составляет от 8 до 15 месяцев.

Многообразие функций и высокая надежность делает возможным и выгодным их практическое применение для управления электроприводами различных установок и технологических комплексов.

Например, в системах:

-водоснабжения, -теплоснабжения, -водоочистки; -в смесителях, -дозаторах; -конвейерных линиях, -транспортерах, -подъёмных устройствах, -лифтах, -кранах;

-прокатных станах, -в металлообрабатывающих и шлифовальных станках; -в камнеобрабатывающем, -дробильном и -буровом оборудовании.

Частотный преобразователь можно купить по прайсу у различных производителей по разнообразым ценам, но они могут отличаться друг от друга разными наборами полезных опций.

Например, управление частотными преобразователями может осуществляться не только в производственном помещении, но и дистанционно (удалённо) по связи MODBUS.

Также, большинство моделей комплектуется встроенными программируемыми логическими контроллерами, наборами коммуникационных адаптеров для различных сетей (Profibus, DeviceNet, LonWorks, CANopen и др); предусматривают возможность гибкого расширения входов/выходов для подключение к управляющей, защитной и вычислительной технике.

Преобразователи тока большинства производителей легко настраиваются, удобны в работе, и, главное, стабильно функционируют. А интуитивно понятный интерфейс современных приборов  позволяет быстро задать необходимый режим работы.

В случае необходимости специалисты компании СЗЭМО сами осуществят монтаж, подключение и пуско-наладку на объекте заказчика, а также помогут купить необходимый частотный преобразователь по лучшей цене (смотрите прайс).

На частотно-регулируемый электропривод сегодня возлагаются (помимо функции  плавного регулирования момента и скорости вращения двигателя) задачи замедления и торможения элементов установки.

Обычным решением такой задачи служит система привода, включающая в себя асинхронный двигатель и преобразователь, который оснащён тормозным переключателем с тормозным резистором.

В этом случае, перейдя в режим замедления/торможения, электродвигатель работает как генератор. То есть, преобразует механическую энергию в электрическую, которая рассеивается на тормозном резисторе.

Функция электрического торможения первоначально появилась на приводе постоянного тока (например, в троллейбусах).

Со временем, типичными установками, в которых циклы разгона чередуются с циклами замедления, стали: тяговый привод электротранспорта, подъёмники, лифты, центрифуги, намоточные машины и т. п.

В конце ХХ века появились частотные преобразователи со встроенным рекуператором, которые позволяют возвращать энергию, полученную от двигателя, работающего в режиме торможения, обратно в сеть.

Очень важным является то, что для некоторого ряда мощностей стоимость установки преобразователя частоты с тормозными резисторами часто сопоставима со стоимостью установки преобразователя со встроенным рекуператором (даже без учёта сэкономленной электроэнергии). Такая установка начинает самоокупаться фактически с первого же дня ввода в эксплуатацию.

К преимуществам использования частотных преобразователей относятся:

• Высокая точность регулирования

• Экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки (то есть работы эл. двигателя с неполной нагрузкой).

• Равный максимальному пусковой момент.

• Возможность удалённой диагностики привода по промышленной сети

  • распознавание выпадения фазы для входной и выходной цепей
  • учёт мотор-часов
  • старение конденсаторов главной цепи
  • неисправность вентилятора

• Повышенный ресурс оборудования

• Уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода из-за отсутствия регулирующего клапана

• Плавный пуск двигателя, что значительно уменьшает его износ

• ЧРП как правило содержит в себе ПИД-регулятор и может подключаться напрямую к датчику регулируемой величины (например, давления).

• Управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения

• Подхват вращающегося электродвигателя

• Стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки

• Значительное снижение акустического шума двигателя, (при использовании функции «Мягкая ШИМ»)

• Дополнительная экономия электроэнергии от оптимизации возбуждения электродвигателя

Среди недостатков частотных преобразователей (высокой мощности) обращают на себя внимание только 2: образование помех для высокочувствительного оборудования и относительно высокая стоимость, так как окупаемость большинства европейских и американских моделей происходит, минимум, через 1-2 года.

Однофазные преобразователи частоты служат для регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей при работе от однофазной сети. На вход частотного преобразователя подается однофазное напряжение, которое преобразуется в трехфазное на выходе. Использование однофазных частотных преобразователей экономически оправдано при отсутствии трёхфазной сети.

Трёхфазные преобразователи частоты служат для регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей. Принцип действия современных преобразователей частоты основан на формировании импульсов напряжения с одинаковой амплитудой и длительностью, распределенной по синусоидальному закону. Обмотка статора обладает большой индуктивностью, поэтому форма токов в обмотке близка к синусоиде. Трёхфазные частотные преобразователи способствуют повышению энергоэффективности системы за счет оптимизации параметров.

ПЛК (PLK)

PLK – программируемые логические контроллеры – это микропроцессорные устройства, предназначенные для систем программного управления и диспетчеризации малого и среднего электрооборудования. ПЛК собирает и анализирует данные программы управления, а затем выдаёт команды на исполнительные устройства: клапаны, сервоприводы, преобразователи и пр. PLK-устройства полностью заменили собой сложные многоэлементные релейно-контактные схемы управления. Использование ПЛК усиливает надёжность рабочей системы, снижает затраты на её выпуск, установку и обслуживание.

Софтстартеры

Софтстартер – устройство плавного пуска электродвигателя. Оно необходимо для сглаживания пиковых нагрузок тока, возникающих в электросети при включении двигателя, разрушающие его обмотки и передаточные механизмы. Благодаря софтстартерам можно плавно запустить электродвигатель без механических ударных нагрузок, происходящих при старте в безсофтном режиме.