Сферы применения преобразователей частоты

Содержание

• Базовые функции преобразователей
• Структура частотного преобразователя
• Области применения частотного преобразователя
• Виды преобразователей частоты
  • Скалярное управление
  • Векторное управление

К категории частотных преобразователей принадлежат электротехнические устройства, основная функция которых – корректировка параметров переменного напряжения. Используются они, в основном, в комбинации с асинхронными электродвигателями. Популярность оборудования объясняется пользой от его основных функций, изменением количества оборотов и вращающего момента, подаваемого на рабочий орган машины. Принцип работы частотных преобразователей базируется на зависимости между характеристиками напряжения и скоростью, с которой вращаются частицы, формирующие магнитное поле.

Базовые функции преобразователей

Частотники, по сути, выполняют функцию регулировки, именно благодаря им достигается нужная скорость вращения двигателей путем изменения показателей питающего напряжения. Такой принцип действия совместим с электродвигателем вне зависимости от типа, актуален как для асинхронных, так и для синхронных версий, но чаще встречается с первой модификацией.

Заключается он в следующем:

• Подача напряжения из сети питания значением в 220 (стандартная бытовая сеть) или 380 (промышленная трехфазная) вольт.
• Преобразование за счет комплексной работы модулей системы.
• Формирование импульсного напряжения на выходе, с частотой пускового тока, изменяющейся в широких пределах, от 0 до нескольких сотен герц.

Корректное использование частотных преобразователей дает возможность увеличить эффективность электродвигателя. Первые модели регулирующего оборудования работало на очень высоких значениях по току, не обеспечивало точной настройки скорости, инверторы же позволили внедрить приводы, использующие электрическую энергию, в совершенно разные производственные, инженерные, промышленные комплексы.

Наиболее часто приходится говорить о применении частотника в комбинации с приводами, нуждающимися в:

• постоянной высокоточной корректировки актуальных значений оборотов;
• плавности запуска, отсутствии рывков, провоцирующих повышение физических нагрузок на механические элементы;
• плавной остановке, с постепенным понижением оборотов электродвигателя до значений, обозначенных в эксплуатационных инструкциях, различных нормативных актах;
• уменьшении нагрузки на питающую сеть;
• поддержании стабильности числа оборотов вне зависимости от нагрузки.

Структура частотного преобразователя

Схема современных частотных преобразователей предполагает наличие двух основных блоков, первый из которых отвечает непосредственно за подачу питания, второй – за управление, формирование необходимых характеристик. Силовая часть базируется на транзисторах или тиристорах, являющихся, по сути, электрическими ключами. Основные компоненты блока управления – электронные микропроцессоры. В соответствии с принципом работы возможна классификация частотных преобразователей на два основных типа:

1. С промежуточным звеном постоянного тока.
2. С прямой связью.

Преобразователи второй группы стоят несколько дешевле, однако, при их работе формируются гармоники высокой частоты, способные, при отсутствии должного контроля и корректных настроек, приводить к перегреву привода, снижению крутящего момента. Впрочем, у таких частотных преобразователей есть и весомые преимущества:

• Довольно высокий КПД, так как энергия преобразуется только один раз.
• Возможность задействования различных режимов, в том числе и предполагающих рекуперацию энергии для более экономичного ее расходования.
• Высокая степень надежности, за счет конструктивной простоты.
• Возможность дальнейшей модернизации системы, максимальная мощность, по сути, ничем не ограничивается.

В частотных преобразователях, укомплектованных звеном постоянного тока, применяются технологичные транзисторы или тиристоры. Лучшее решение – тиристоры, благодаря которым существенно расширяется список регулируемых сетевых параметров, достигается максимальная стойкость к нагрузкам, импульсным колебаниям, увеличивается КПД.

Области применения частотного преобразователя

Применение частотного преобразователя востребовано в различных областях производственной, промышленной, транспортной деятельности, в частности:

• в крупных станках;
• при комплектации электрического транспорта, главным образом, троллейбусов и трамваем;
• в насосных комплексах или же в отдельных технических единицах, отвечающих за перекачку газовой, водной среды;
• в промышленных вентиляционных установках.

Все области применения нужно рассмотреть более подробно, чтобы понять нюансы и принципы использования, разобраться в преимуществах, которые преобразователь способен обеспечить. Например, в контексте насосного оборудования частотные преобразователи дают следующие возможности:

• точная настройка скорости вращения;
• поддержание заданного числа оборотов;
• возможность использования наиболее простых в плане организации кинематических схем;
• максимальная эксплуатационная простота, автоматизация большинства процессов;
• стабильно высокая производительность станков, отсутствие сбоев и других проблем, негативно сказывающихся на доходности предприятия.

Техника подходит для комплектования множества станков, от мощных конвейерных линий до оборудования, на котором выпускается металлический прокат.

Плюсы эксплуатации преобразователей на электрическом транспорте следующие:

• Значительное сокращение объемов потребляемой энергии.
• Повышение безопасности работы, остановка транспортного средства становится возможной не только за счет активации тормозной системы, но и соответствующих настроек работы мотора, что делает ее более эффективной, плавной и быстрой.
• Рекуперация энергии, при помощи преобразователей удается вернуть часть энергии в сеть, функция становится активной во время торможения.

Применением частотников в комбинации с насосными станциями или отдельными насосами можно достичь следующих положительных результатов:

• Плавная корректировка оборотов, благодаря чему удалось отказаться от использования запорной арматурой, сложной в установке, громоздкой и не отличающейся достаточно высоким показателем надежности.
• Сведение к минимуму гидравлических потерь, возникающих в процессе закачки жидкой среды.
• Снижение расхода электрической энергии.
• Рост эффективности, возможность эксплуатации наиболее производительных режимов без увеличения нагрузки на компоненты системы.

Применением преобразователей в вентиляционных комплексах удается свести к минимуму расходы воздуха, снизить нагрузку на компоненты системы без вреда для эффективности вытяжки, формирования комфортных микроклиматических условий. Почти все современные вентиляторы базируются на схемах, предполагающих максимально возможный расход воздуха, однако, на такой максимум рассчитаны далеко не все системы. Альтернатива преобразователю в данном случае – дроссельные заслонки. Но у их применения слишком много минусов: 

• они не отличаются высокой надежностью, 
• способны ограничить только интенсивность воздушного потока, электродвигатель, вне зависимости от интенсивности, продолжит работать под полной нагрузкой, из-за чего возникнет перерасход энергии, будет бесполезно расходоваться доступный эксплуатационный ресурс.

Часто можно говорить об использовании преобразователей в комбинации с лифтами, оборудованием, задействованным на погрузке или разгрузке. Они гарантируют не просто долговечность механизмов, исключают повышенные механические воздействия на них, но и безопасность персонала, все манипуляции выполняются максимально плавно, с высокой точностью контроля над позицией груза.

Виды преобразователей частоты

При классификации преобразователей можно опираться на различные их признаки, ранее были рассмотрены версии с непосредственным действием и версии, основанные на промежуточном звене постоянного тока. Также допустимо деление преобразователей в соответствии с принципом управления.

Скалярное управление

Преобразователь обеспечивает выходное напряжение со строго определенной частотой и амплитудой, за счет чего удается стабилизировать магнитный поток, формирующийся на статорных обмотках, исключить его отклонения от нормативных значений. Для преобразователей этого класса характерная конструктивная простота и не слишком высокая цена. Минимум регулировки – примерно 10% от нормативной частоты оборотов, допустимо применение для взаимодействия сразу с несколькими электромоторами.

Векторное управление

Характерно для наиболее технологичных, современных преобразователей. Все вычисления, необходимые для определения особенностей взаимодействия статорных и роторных магнитных полей, выполняются автоматикой, так что ротор постоянно вращается с заданной частотой, вне зависимости от текущего показателя нагрузки. Такие преобразователи оптимально подходят для устройств, где нужно сохранять высокий момент силы на низкой скорости, нуждающихся в быстром и точном регулировании. 

Модели представлены двумя основными классами, без датчиков и с элементами, дающие обратную связь, предоставляющие информацию о скорости. Преобразователи второго типа подойдут для электродвигателя, где нужен максимально широкий диапазон корректировки скорости, точность фиксации позиции вала, старта с определенным крутящим моментом.

Отнести преобразователи к тому или иному типу также можно, например, по степени защиты корпуса. Если предполагается эксплуатация в условиях повышенной влажности (запыленности) воздуха, присутствует вероятность прямого контакта с водяными брызгами, имеют место температурные перепады, необходимы преобразователи с соответствующим уровнем защиты. Герметичный корпус исключит воздействие на уязвимую электронику пыли и влаги, значительно расширит температурный эксплуатационный диапазон.⁠