Как работает частотный преобразователь

Частотные преобразователи (ПЧ) используются для управления электродвигателями. С помощью данных электронных устройств производится регулирование скорости вращения электродвигателя и, таким образом, её адаптация под конкретные задачи. ПЧ востребованы в различных областях. Расскажем, как работает преобразователь частоты, из каких элементов он состоит, каких видов бывает, и в чем преимущества его применения.

Что такое частотный преобразователь

Это электронное устройство специального назначения, которое изменяет частоту подаваемого на электродвигатель напряжения. Основная задача ПЧ — регулировать скорость, с которой вращается электродвигатель.

Частотные преобразователи популярны благодаря своей универсальности. Они применяются для управления насосами, вентиляторами, компрессорами, конвейерами и другими механизмами. ПЧ помогают снизить нагрузку на электрическую сеть и механические элементы агрегатов, сократить энергопотребление и продлить срок службы приводного оборудования.

Виды преобразователей частоты

Частотные преобразователи делятся на два основных типа:

• - С непосредственной связью. Этот тип устройств напрямую преобразует входное напряжение одной частоты в напряжение другой, без промежуточных стадий. В основе их работы находятся силовые ключи — тиристоры. Отсутствие промежуточного звена делает ПЧ компактным, но диапазон регулировки у таких моделей ограничен;
• - С промежуточным звеном постоянного тока. Именно этот вид ПЧ используется в наше время чаще всего. Такое устройство сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем обратно в переменный, но с требуемой частотой. Благодаря данному преимуществу возможно получить любую частоту выходного напряжения, независимо от входной частоты.

Преобразователи частоты способны управлять электродвигателем двумя способами. Скалярное управление обеспечивает линейное соотношение частоты и амплитуды напряжения. Этот метод подходит для задач с равномерной нагрузкой, где важно поддерживать стабильный момент.

Векторное управление позволяет поддерживать постоянный момент во всем диапазоне частот, обеспечивая точное соответствие выходной мощности текущей нагрузке. Этот способ повышает точность работы и адаптивность привода.

Как работает частотный преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока

Принцип работы современного частотного преобразователя для асинхронного двигателя заключается в двойном преобразовании электроэнергии. Это значит, что входное переменное напряжение на первом этапе преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя, а на втором — снова в переменное, но уже с заданными частотой и амплитудой — с помощью инвертора.

Выпрямитель

Первый этап преобразования осуществляется выпрямителем, который может быть построен на базе диодов или диодно-тиристорной схемы. Диодные выпрямители встречаются чаще из-за простоты и надежности. На вход подается трехфазное напряжение 380 В с частотой 50 Гц. Выпрямитель преобразует его в пульсирующее напряжение.

Звено постоянного тока

Пульсирующее напряжение поступает на звено постоянного тока, которое обычно состоит из мощных конденсаторов. Они сглаживают пульсации и приводят напряжение к более стабильному уровню. Для защиты выпрямителя и сети от скачков тока в момент зарядки конденсаторов используется резистор предзаряда, который отключается после завершения начального этапа.

В стандартных условиях сетевого напряжения 380 В выпрямленное постоянное напряжение на этом звене составляет около 540 В. Если входное напряжение меняется, уровень постоянного напряжения пропорционально увеличивается или уменьшается.

Инвертор

Завершающий этап — преобразование постоянного напряжения в переменное с нужными параметрами. Выполняется с помощью инвертора, который позволяет регулировать частоту и напряжение на выходе.

В схеме частотника также предусмотрен управляющий блок, который отвечает за координацию всех процессов. Этот блок реализует алгоритмы управления, адаптирует работу устройства под требования нагрузки и обеспечивает защиту от токовых перегрузок.

Правила установки, подключения и настройки

При установке частотного преобразователя нужно соблюдать рекомендации производителя. ПЧ должен быть размещен в помещении с хорошей вентиляцией, вдали от прямого попадания солнечных лучей, капель воды, масла или металлической стружки, взрывоопасных или легковоспламеняющихся веществ, источников сильных электромагнитных полей.

Допустимая влажность воздуха в месте установки не должна превышать 80%. Устройство монтируют на твердую вертикальную или горизонтальную поверхность, в зависимости от условий эксплуатации, технического задания и веса самого устройства. Расстояние от него до стен и других объектов для предотвращения перегрева регламентируется производителем.

Схема подключения ПЧ должна входить в состав технической документации. Работа начинается с заземления, каждый провод заземляется индивидуально. Далее защищают кабели блока управления от электромагнитных помех: для этого обычно используют экранированные провода. На входные клеммы (L1, L2, L3) подают напряжение, а выходные (U, V, W) соединяют с двигателем.

Завершающий этап, от которого зависит работа частотного преобразователя, — настройка. Настраивают рабочие параметры двигателя для оптимальной адаптации, вводят данные о его запуске и остановке, устанавливают ограничения и защитные параметры, программируют дополнительные функции устройства.

Преимущества использования

Частотные преобразователи востребованы в задачах управления электроприводами. Основные преимущества их применения:

• - Точная настройка скорости. ПЧ позволяют плавно увеличивать или уменьшать скорость вращения двигателя без использования дополнительных устройств — вариаторов или редукторов. Это упрощает управление электромеханическими системами и снижает затраты на обслуживание;
• - Стабильность работы системы. Благодаря встроенным ПИД-регуляторам преобразователи мгновенно реагируют на изменения входных сигналов, поддерживая стабильность технологических процессов. Улучшается качество продукции, повышается производительность и снижаются издержки;
• - Сглаживание пусковых токов. ПЧ способствуют плавному запуску двигателя, снижая пусковые нагрузки и предотвращая скачки напряжения. За счет данного преимущества продлевается срок службы оборудования, а сеть защищают от перегрузок;
• - Энергоэффективность. Особенно заметна экономия энергии при использовании преобразователей с вентиляторами и насосами. Благодаря регулировке скорости вращения, ПЧ снижают энергопотребление двигателя.

Современные преобразователи частоты оснащены системами самодиагностики, контроля температуры, тока и напряжения, а также возможностью автоматической адаптации под конкретный мотор. То, как работает частотный преобразователь, делает его удобным и эффективным инструментом для управления различным оборудованием в любых условиях.

Области применения

ПЧ имеют широкую сферу использования. Их применяют в промышленности: на производственных линиях, металлообрабатывающем оборудовании, станках, конвейерах. Они позволяют плавно управлять технологическими процессами и увеличивают производительность предприятия.

Преобразователи частоты используются и в энергетике. С ними вентиляционные и насосные установки работают эффективнее. Снижаются затраты на обслуживание и энергопотребление этого оборудования.

В системах водоснабжения и отопления частотные преобразователи позволяют регулировать производительность насосов под постоянно изменяющиеся в течение дня потребности. В результате сокращаются расходы на электроэнергию.

В сельском хозяйстве — данные устройства используются для управления вентиляторами, системами орошения и подачи кормов.

Выбор подходящего частотного преобразователя требует опыта и знаний. Ошибки в подборе могут привести к авариям и выходу из строя оборудования. Доверьте это специалистам НТЦ «Приводная Техника». Мы поможем подобрать надежный и функциональный преобразователь именно для ваших задач.