Высоковольтный преобразователь частоты

Содержание

• Двухтрансформаторная схема преобразователя частоты
• Тиристорная схема преобразователя частоты
• Транзисторная схема с многообмоточными трансформаторами
• Выводы

Высоковольтные преобразователи частоты – электротехнические устройства, позволяющие повысить эффективность работы производительных электромоторов, работающих под высоким напряжением, обслуживающих промышленные станки, насосные группы и другое оборудование. Такие частотные преобразователи представлены несколькими классами, различны по принципу действия, уровню защиты от внешних воздействий, габаритам и множеству других параметров, которые обязательно нужно принимать во внимание при выборе.

Основные схемы работы регуляторов частоты, поддерживающих моторы, работающие на высоком напряжении, выглядят следующим образом:

1. двухтрансформаторная;
2. тиристорная;
3. транзисторная.

Двухтрансформаторная схема преобразователя частоты

Это одна из классических схем преобразователя. Данные устройства постепенно замещаются более современными аналогами, однако, продолжают встречаться. Основные компоненты преобразователя частоты такого типа следующие:

• входной трансформатор;
• ПЧ;
• синусный фильтр;
• трансформатор, обслуживающий выход, работающий на повышение рабочего напряжения.

Принцип работы построен на подаче сетевого напряжения, составляющего несколько тысяч вольт, на входной трансформатор, где оно уменьшается до нескольких сотен вольт и подается к преобразователю, основная задача которого – корректировка частоты, приведение ее в норму. После этого напряжение с преобразователя частоты подается на фильтр, нивелирующий помехи и отклонения от нормативных показателей, затем – на выходной трансформатор, соединенный непосредственно с электроприводом.

Такие высоковольтные преобразователи частоты отличаются следующими преимуществами:

• Возможность точной настройки напряжения, подаваемого на электромотор, от 2 до 10 киловольт.
• Трансформаторы гарантируют гальваническую изоляцию оборудования высокой надежности.
• Корректировка частоты тока, что исключает повреждение обмоток электромотора.
• Допускается размещение трансформаторов на достаточно большой дистанции от преобразователя частоты, что более безопасно, позволяет защитить модули от чрезмерных температурных и электрических нагрузок.

В целом, подобная модель преобразователя очень надежна, обеспечивает эффективную, стабильную работу, хотя и уступает более технологичным решениям. Основной негативный момент – значительные габариты преобразователя частоты, хотя, если для монтажа выделено достаточно большое пространство, на недочет можно не обращать внимания. Такая модель преобразователя оптимально подходит для электроприводов, мощность которых находится в диапазоне от 500 киловатт до 1 мегаватта.

Тиристорная схема преобразователя частоты

Схемы, в основе которых лежит применение тиристорных ключей, достаточно активно используются в преобразователях. Наиболее значимые положительные качества такого преобразователя – устойчивость к значительной силе тока и невысокая стоимость компонентов, необходимых для сборки устройства. Тиристор справится с силой тока, в разы превышающей номинальное значение, при этом полупроводники сохранят целостность структуры, выдержат нагрузку.

Подобная модель преобразователя на 100% подходит для корректировки скорости, крутящего момента на валу электропривода, поддерживает функцию динамической остановки. Модели преобразователя частоты с двусторонней связью подходят для возврата части электрической энергии в сеть при замедлении вращающегося вала.

Негативные особенности данных преобразователей следующие:

• Увеличенный показатель реактивной мощности, которая может превышать номинал в полтора раза.
• Определенные ограничения, касающиеся пускового момента.
• Во время работы преобразователя формируется выраженное электромагнитное поле, способное влиять на точность функционирования расположенной в непосредственной близости техники, в особенности, электронной.
• Не слишком хорошая «отзывчивость», тиристорам требуется довольно много времени на переключение, в сравнении с альтернативными решениями.

Чтобы нивелировать негативное воздействие преобразователя такого типа на рядом расположенные электроприборы, необходимо использовать фильтры электромагнитного излучения. Довольно высокая реактивная составляющая также предполагает необходимость комплектации оборудования силовыми проводами крупного сечения. Высоковольтные устройства указанного класса применяются, как правило, в комбинации с наиболее мощными электромоторами, работа которых должна быть максимально стабильной и на 100% безаварийной.

Транзисторная схема с многообмоточными трансформаторами

Это наиболее совершенная схема, подходящая для современных частотных преобразователей. Конструктивно такое оборудование выглядит как трансформатор, укомплектованный целым набором обмоток и силовых ячеек, при соединении которых использован последовательный метод.

Число ячеек преобразователя определяется тем, каким должно быть напряжение на выходе. Для формирования максимально чистой, ровной синусоиды необходима установка максимально возможного числа элементов, при менее жестких требованиях допускается применение и упрощенных конструкций. Каждая из ячеек преобразователя является схемой, сформированной тремя компонентами:

• тиристорный или диодный выпрямитель;
• звено постоянного тока, в котором предусмотрены емкостные и индуктивные элементы;
• инвертор, укомплектованный технологичными транзисторами.

Получается, что каждый системный компонент частотных преобразователей используется для того, чтобы корректировать частоту в соответствии с выставленным в настройках значением. Ячейки функционируют синхронно, благодаря чему выходное напряжение отличается строго определенной амплитудой и частотой.

Высоковольтные преобразователи указанного класса отличаются следующими преимуществами, в сравнении с аналогами:

• Высокий коэффициент полезного действия, доходящий до 98 процентов.
• Увеличенный интервал корректировки интенсивности вращения вала, причем интервал допускает работу как на понижение, так и на повышение количества оборотов.
• Простота обслуживания и выполнения ремонта, при возникновении соответствующей потребности можно без лишних сложностей установить новый модуль взамен поврежденного, вышедшего из строя.
• Высоковольтному оборудованию этой категории не требуются дополнительные фильтры электромагнитного излучения. Гальваническое разделение цепи входа и питающей сети позволяет сформировать синусоиду напряжения, максимально точно соответствующую идеалу.

Выводы

Наиболее технологичными на сегодняшний день являются высоковольтные устройства, относящиеся к многоуровневому типу, базирующиеся на трансформаторе с несколькими обмотками и транзисторах. Именно такие высоковольтные преобразователи дают возможность сформировать выходное напряжение с идеальной синусоидой, с полным отсутствием побочных помех, провести оперативный ремонт при поломках отдельных ячеек, а также соединить электропривод с сетью напрямую, если имеет место серьезная поломка регулятора частоты.