Благо, человечество научилось преобразовывать электрическую энергию в механическую и наоборот. Это мы о электрическом приводе.
Благодаря этому, у нас есть возможность контролировать процесс производства, управлять машинами и аппаратами все у нас происходит в различных масштабах, зависимо от потребностей. Но, нам нужен контроль оборота двигателей.
Для решения данной задачи мы применяем частотный преобразователь, как один из вариантов. О нем мы и будем сегодня говорить.
Что же это такое частотный преобразователь
Сформулируем, в первую очередь, понятие того, что из себя являет частотный преобразователь.
Частотный преобразователь – это электронный силовой преобразователь, который трансформирует частоту сменного токa. Его характеристики способны меняться, соответственно реализации. Меняются степень напряжения и число фаз.
Из описания выше, понятно, что ничего не понятно. Это по началу. Далее мы несложными понятиями понемногу разберемся, и вам станет ясно, зачем вообще используют данное достижение науки и техники.
Частота оборотов вала синхронных и асинхронных моторов изменяется, соответственны частоте оборотов магнитного потока статора и рассчитывается следующим образом:
n=(60*F/p)*(1-S),
где n – число оборотов вала, p – число пар полюсов, s – скольжение, f – частота переменного тока (у нас – пятьдесят Герц).
Выражаясь проще, частота оборотов ротора пропорциональна частоте и числу пар плюсов. Число пар плюсов имеет корреляционную связь со структурой катушек статора, а частота тока электросети является константной величиной.
Так что, нам нужен именно преобразователь, для контроля количества оборотов посредством регулировки частоты.
Строение механизма частотного преобразователя
Учитывая то, что мы уже обсудили, дадим заключительную формулировку понятия:
Частотный преобразователь — электроприбор, который меняет частоту электрического тока и, соответственно, количество оборотов ротора электрического аппарата.
Электронным данный прибор является от того, что его сущностью является схема на полупроводниковых ключах. Исходя от специфики процесса, регулировки, претерпевают изменения электрическая схема а так же алгоритм действия.
Соответственно со спецификой работы и особенностями регулировки разнятся электросхемы, а так же алгоритм исполнения.
Алгоритм действия частотного преобразователя имеет такой вид:
- Напряжение в сети идет на первый выпрямитель и преобразуется в выпрямленный и пульсирующий
- Во втором модуле пульсации сглаживаются, отчасти убирается реактивный компонент
- Третьим этапом является комплексом силовых ключей, регулируемых при помощи системы управления посредством широтно-импульсной модуляции.
При помощи подобной схемы мы можем в итоге иметь двухуровневые ШИМ-контрольные схемы напряжения, которое после сглаживания практически становится синусоидальным. В марках подороже используют и трехуровневое напряжение, но там применяют ключи в большем количестве.
Это дает возможность приблизиться к синусоиде, если сделать график структуры сигнала. Роль полупроводниковых ключей способны выполнять тиристоры (полупроводник, регулятор и коммутатор больших токов), полевые или IGBT-транзисторы.
Наибольшее применение в наше время нашли два последних варианта, так как они весьма эффективны, удобны и экономны.
Итог: при помощи ключей мы можем добиться линейного напряжения, представляющую собой на схеме синусоиду.
Ну, вот так вот функционирует частотный преобразователь. Мы разобрали механизм и по строению, и по действию.
Применяем его как запасной вариант питания сети, который не просто регулирует форму тока электросети, а изменяет показатели соответственно нужным нам данным.
Варианты регулировки работы частотного преобразователя
Контроль оборотов обеспечить возможно отличными друг от друга методами. Они могут разниться и методом регулировки частоты и видом управления. Частотные преобразователи по типу регулировки разделяются следующим образом:
- Со скалярным контролем.
- С векторным контролем.
Механизмы со скалярным контролем изменяют и частоту, и напряжение, соответственно друг другу по указанной функции U/F.
Особенностью частотного преобразователя является способность изменяться зависимо от того, какую работу нужно исполнить, какой уровень нагрузки предполагает механизм.
Большими плюсами для данного варианта есть масштабность использования и легкость применения. Часто его применяют для насосов, вентиляторов и тому подобное. Такие механизмы нередко применяют, когда необходимо сохранять какой-либо показатель на одном уровне.
Использование данного типа частотных преобразователей оправдано в больших масштабах, даже производственных. Их применяют для контроля давления в трубопроводах, в вентиляционных установках.
Размах контроля равен одному к десяти или, если говорить проще, наибольший и наименьший показатель величины, которую нужно регулировать, может различаться в десять раз.
В связи с особенностями конструкции частотного преобразователя и схем управления они еще плюс ко всему и дешевле, что значительно повышает привлекательность такого устройства.
Но, как и везде, у частотных устройтсв есть свои минусы. А вот и они:
- Страдает точность в установке оборотов
- При смене режима работы дольше проходит адаптация
- Как правило, нельзя контролировать момент на валу
- Чем выше скорость, тем скорее снижается момент на валу мотора (когда частота превышает допустимые значения для данного аппарата)
Факт, который описан последним, исходит из того, что напряжение на выходе пропорционально частоте, если она номинальная, то напряжение такое же, как в сети, а превысить его преобразователь не способен, тогда на графике перед вами появляется участок с ровной линией.
Кроме того, момент тоже коррелирует с частотой, а выражается данная связь простой формулой — 1/f, которая отображена на эпюре вишневым цветом, а зависимость силы от частоты – голубым.
Частотные устройства с векторной регулировкой работают по иным закономерностям, которые предполагают более сложную структуру, в отличии от первого варианта: не просто прямая зависимость и соответствие напряжения кривой U/f.
Параметры выходного напряжения претерпевают изменения зависимо от импульсов датчиков, с целью удерживания заданного момента на валу. только зачем такие сложности? Ответ прост – для быстрой и точной регулировки, как раз то, чего недостает первому варианту.
Точность особенно важна для числового программного управления, фрезерных, шлифовальных и других типов станков. Четкость контроля до полутора процентов, широта вариаций управления – 1:100, для четкости еще выше — с измерителями скорости и др. – 0,2% и 1:10000 аналогично.
На разных сайтах часто встречается такая позиция, согласно которой отличие в стоимости векторного от скалярного преобразователя уменьшилась (от пятнадцати до тридцати пяти процентов, зависимо от фирмы), а особенным отличительным знаком между ними есть прошивка.
Кроме того, обращаем ваше внимание на векторные частотного устройства способны и к скалярному управлению.
Достоинства частотного устройства:
- Точность и надежность выше;
- Ответ на смену напряжения более ранний + высокий момент на маленькой скорости;
- больше диапазон регулирования.
- Основным минусом в данном варианте является цена, которая много выше, чем в скалярном.
- И там, и там частоту можно установить самостоятельно или механизировано, к примеру, используя датчики, энкодеры, другое.
- Каждый частотный прибор имеет опцию главного пуска мотора, что дает возможность проще заводить моторы от запасных генераторов с минимально возможным риском превышения максимально допустимой нормы.
Число фаз частотного устройства
Разница между механизмами и в числе фаз на входе и выходе. Есть трех- и двухфазные частотные механизмы.
Можно и от одной фазы работать, в случае чего, но так мы существенно снизим эффективность работы. Причина в допустимой токовой нагрузке на электроды частотного прибора и тому подобные штуки. Однофазные модели частотных делают с мощностью около трех киловат.
Обратите внимание! В случае однофазного подключения с напряжением на вход 220В, вы имеете по 220В три фазы на выходе, но 380 не будет. Именно поэтому, моторы с обмотками, которые идут на 380/220В надо подключать треугольником, а моторы на 127/220В — пятиугольником.
Интернет способен предложить множество красивых «частотных преобразователей на 220 и 380» — это просто рекламный ход, менеджеры все фазы именуют «380».
Если несть необходимость в 380В из одной фазы, вы должны применить однофазный трансформатор 220/380 (когда вход частотника позволяет такое напряжение), или попробовать специальный преобразователь с однофазным входом и 380В трёхфазным выходом.
Заслуживает внимания, чтобы отдельно выделить такой вид устройства, как однофазные частотники с однофазным выходом 220. Их используют с целью контроля однофазных моторов с конденсаторным запуском.
Из таких можно предложить следующие варианты:
- ER-G-220-01
- преобразователь частоты серии IDD/ISD
Думаем, вы успели заметить, глядя на чертежи такую особенность: помимо питающих кабелей к мотору частотный преобразователь снабжен еще и клеммами, к которым подсоединяют датчики, клавиши дистанционного управления и другое.
Подобное помогает управлять мотором при помощи сигнальных проводов, что, в свою очередь, позволяет спрятать частотник в щиток.
Преобразователь частот – многофункциональный механизм, который обеспечивает контроль оборотов, протекцию мотора от сбоя режима работы и обеспечения, превышения максимальных норм нагрузки.
Плюс ко всему, частотник обеспечивает плавность запуска приводов, тем самым продлевая срок жизни механизма и уменьшая напряжение в сети.
Тип действия и регулировка работы основного количества устройств дает возможность увеличения энергосбережения (до этого регулировка производилась посредством задвижек, а теперь она определяется производительностью насоса).
На этой ноте мы завершаем нашу статью. Искренне верим, что теперь для вас такое дело, как преобразователь частот не является загадкой и стали ясны его задачи.
