Что такое частотник для электродвигателя: Что такое частотный преобразователь

Содержание

Частотный преобразователь: полный обзор функций частотника

Преобразователем частоты именуют статическую преобразовательную конструкцию, используемую с целью регуляции скорости вращения асинхронного электрического двигателя. Устройства данного типа, работающие на переменном токе, гораздо проще сконструированы, и их легче эксплуатировать в сравнении с двигателями, использующими постоянный ток. Это способствует популяризации асинхронного электродвигателя.

Преобразователь частоты обеспечивает плавность пуска и остановки электрического двигателя. Наиболее уместно его использование для крупного электродвигателя с большой мощностью.

Кроме частотного преобразователя для регуляции вращательной скорости могут применяться: механические вариаторы, гидравлические муфты и т. д. Однако, такие компоненты имеют ряд недостатков:

  • Низкий уровень качества;
  • Сложная конструкция;
  • Высокая себестоимость;
  • Узкий диапазон вариантов рабочей частоты.

Частотный преобразователь для электродвигателя, регулирующий уровень напряжения питающего тока и его частоту, по данным пунктам явно отличается в лучшую сторону. Как результат, КПД преобразования стремится к ста процентам при достаточно низкой угрозе поломок.

Классификация преобразователей частоты

Согласно типу питающего напряжения необходимого для работы частотного преобразователя, существуют устройства следующих групп:

  • Однофазные;
  • Трёхфазные;
  • Высоковольтные.

Преобразователь может быть подключён к электродвигателям следующих типов:

  • Однофазным, имеющим расщеплённые полюса, и однофазным конденсаторным;
  • Трёхфазным, асинхронного типа, работающим с использованием переменного тока.
  • Оснащённых постоянными магнитами.

Существует несколько сфер использования частотного преобразователя:

  • Общепромышленная;
  • Векторное преобразование частоты;
  • Механизмы с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
  • Преобразователи частоты в кранах и иных подъёмных механизмах;

Также существуют взрывозащищённые преобразователи, ориентированные на тяжёлые условия эксплуатации, и децентрализованные модели, которые устанавливаются прямо на базе асинхронного электродвигателя.

Особенности устройства преобразователя частоты

Типичная схема, свойственная частотному преобразователю, основана на построении двойного преобразования. Это означает, что устройство состоит из:

  1. Звена постоянного тока, также сформированного из неуправляемого выпрямителя и фильтра;
  2. Силового импульсного инвентора;
  3. Системы управления.

Первый компонент отвечает за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное. После неуправляемого выпрямителя движения тока происходит через транзисторные ключи, обеспечивающие подключение обмотки асинхронного двигателя к положительным и отрицательным выводам звена постоянного тока. Эти транзисторы вместе называются силовым импульсным инвентором. Трёхфазный инвентор, состоящий из шести, осуществляет преобразование выпрямленного напряжения соответственно в трёхфазное переменное значение необходимой частоты и амплитуды, передаваемое на обмотку статора электрического двигателя.

Для компоновки импульсного инвентора предпочтительно использование IGBT-транзисторов (биполярные, имеют затвор), поскольку они являются обладателями достаточно высокой частоты переключения. Это позволяет формировать на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями.

Принципы функционирования частотного преобразователя

Регуляция пускового тока может осуществляться вручную, но это увеличивает затраты электропотребления и снижает срок эксплуатации асинхронного двигателя. Обычно без преобразователя напряжения показания до семи раз превышают значение номинала. Определённо, это не самые лучшие условия для эксплуатации.

Принцип работы преобразователей частоты связан со спецификой действия асинхронного электродвигателя. У двигателя подобного вида наблюдается зависимость между вращательной частотой магнитного поля и частотой напряжения питающего тока. В данном моменте и заключается смысл методики частотного управления. Изменяемая преобразователем входная частота напряжения отвечает за регуляцию частоты вращения. Таким образом, диапазон значений выходного напряжения весьма широк.

По принципу работы силового элемента частотные преобразователи можно отнести к следующим категориям:

  • Конструкции, имеющие выраженный промежуточный неуправляемый выпрямитель.
  • Конструкции, имеющие непосредственную связь (без промежуточного звена).

Частотники второго типа появились гораздо раньше, в них силовой компонент представлен управляемым выпрямителем, сконструированным из тиристоров. Формирование выходного сигнала происходит при поочерёдном отпирании тиристоров управляющим узлом. На сегодняшний день такие приборы потеряли свою актуальность.

Что касается частотного преобразователя первого типа, то он примечателен тем, что его можно запитать через внешнее звено постоянного тока. Сам частотник при этом защищается предохранителем быстрого действия. Однако, это делает нежелательным применение контакторов, поскольку данная разновидность коммутации провоцирует возникновение повышенного зарядного тока и выгорание предохранителей.

Работа частотного преобразователя связана с принципом двойного преобразования напряжения:

  1. Регуляция сетевого напряжения через выпрямление и фильтрование (для этого используются конденсаторные системы).
  2. Задействуется электронное управление, устанавливающее заблаговременно выбранную частоту тока.
  3. Происходит образование прямоугольных импульсов, корректируемых при помощи обмотки статора. В результате они преобразуются в синусоиду.

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Существует диада основных принципов регуляции частотных преобразователей:

  • Принцип скалярного управления.

Преобразователи частоты управляемые по данному принципу имеют низкую себестоимость. Часто применяются в приводах устройств, где степень частоты вращения может регулироваться в соотношении 1:40. Это позволяет адекватно управлять работой насосов, компрессоров, вентиляторов. К тому скалярный метод позволяет осуществлять регуляцию работы сразу нескольких электродвигателей.

  • Векторный принцип.

Имеют максимальное совпадение характеристик асинхронных электроприводов с параметрами приводов ПТ. Этому способствует разделение регуляционных каналов, связанных с потокосцеплением и вращательной скоростью асинхронного двигателя. Частотники, работающие в рамках данной системы управления, более дорогие по цене и применяются в устройствах требующих высокоточного регулирования скорости: станках, лифтах, кранах.

Как и где следует применять частотный преобразователь

Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость действия следующих механизмов:

  • Насосов, перекачивающих горячую или холодную воду по системе водоснабжения и обогрева;
  • Вспомогательных агрегатов котельных, тепловых электростанций, ТЭЦ и т.д.;
  • Дробилках, мельницах, мешалках;
  • Песковых и пульповых насосов, используемых на обогатительных фабриках;
  • Лифтовых установок;
  • Разнотипных центрифуг;
  • Производственных линий, создающих ленточные материалы;
  • Кранового и эскалаторного оборудования;
  • Устройств, обеспечивающих силовые манипуляции;
  • Приводов на буровых станках, специализированных приборов и так далее.

Наиболее очевидна польза частотных преобразователей с точки зрения экономии:

  • Оптимальный уровень КПД позволяет вдвое экономить электроэнергию.
  • Количество и качество конечного продукта в производственной значительно возрастает.
  • Комплектующие механизма меньше изнашиваются;
  • Общая длительность эксплуатации оборудования также возрастает.

Как итог, частотный преобразователь отвечает за эффективность и продуктивность функционирования механизмов.

Тонкости выбора частотного преобразователя

Основным значимым параметром, при выборе той или иной модели преобразователя частоты, на сегодняшний день является именно его стоимость. Это обусловлено тем, что только для дорогого устройства характерна максимальная функциональность. Но это не отменяет наличие специфических требований в зависимости от того, для механизма какой категории подбирается преобразователь, поэтому необходимо учитывать:

  • Разновидность и данные по мощности асинхронного электродвигателя, к которому подключается частотник;
  • Насколько точно и в каком диапазоне можно регулировать скорость;
  • Насколько точно осуществляется поддержание момента и скорости вращения на валу электрического двигателя;
  • Соответствие конструкции (формы, размера, пульта управления и так далее) индивидуальным требованиям.

Обязательно также обратить внимание на значение мощности асинхронного электрического двигателя, с которым будет взаимодействовать преобразователь частоты. Если один из параметров (например: величина пускового момента, затрачиваемое на разгон или торможение время) должен соответствовать каким-то особым требованиям, то нужно выбрать устройство более высокого класса, чем потенциально подходящее.

Самостоятельная сборка преобразователя

Чтобы механизм адекватно функционировал, сеть должна обладать весьма широкой вариацией значений напряжения. Это снижает риск поломки устройства при резких скачках.

Частота должна соответствовать производственным запросам. Нижний предел этого параметра позволяет ориентироваться в спектре возможностей регулирования скорости привода. В случае, если требуется расширить частотный диапазон относительно уже имеющегося, то необходимо подобрать модель частотного преобразователя, принцип работы которой относится к векторному типу.

Однако, стандартный рабочий диапазон составляет 10-60 Герц и лишь иногда доходит до 100 Герц.

Далее следует обратить внимание на входы и выходы управления. Процесс применения устройств с достаточно большим количеством разъёмов гораздо более удобен. Но и стоимость от этого возрастает, кроме того, затрудняется настройка. Подобные приборы могут быть оснащены дискретными, цифровыми или аналоговыми разъёмами.

Использование дискретного разъёма позволяет вводить управляющие команды и выводить информацию о течении процесса. Цифровой разъём обеспечивает введение сигналов, подаваемых цифровыми датчиками. Аналоговый разъём предназначен для введения сигнала обеспечивающего обратную связь.

Также следует проверять соответствие характеристик шины управления и возможностей преобразователя. В первую очередь это можно понять по соответствию числа разъёмов. По возможности их должно быть даже больше, чем требуется, чтобы имелся простор для модернизирования.

Если говорить о перегрузочных способностях, то следует предпочесть модели, которые имеют уровень мощности на 15% превышающий данные по мощности у двигателя.

В любом случае всегда нужно как следует изучать прилагающуюся к частотнику документацию. Там можно найти все требуемые сведения о параметрах и характеристиках.

Схема сборки

Следующая последовательность подойдёт для проводки, функционирующей с уровнем напряжения в 220 вольт и на одной фазе. Схема рассчитана на двигатель уровнем мощности не более 1 кВт.

В первую очередь осуществляется соединение обмоток двигателя по принципу «треугольник».

В качестве фундамента преобразователя используется пара плат. Одна из них необходима для блока питания и драйвера. Также туда будут относиться транзисторы и силовые клеммы. Другую плату применяют, чтобы закрепить микроконтроллер и индикатор. Между собой платы контактируют посредством гибкого шлейфа.

Для моделирования импульсного блока питания понадобится стандартная схема, которую можно обнаружить в сети.

Для контроля работы двигателя и напряжения не нужно влиять на ток извне. Тем не менее вполне уместно ввести в устройство линейную развязку с микросхемой.

На общем радиаторе устройства фиксируются транзисторы и диодный мост.

Обязательно потребуются оптроны ОС2-4, которые используются для дублирования кнопок управления. А с помощью ОС-1 выполняются пользовательские функции.

Однофазный преобразователь частоты не нуждается в трансформаторе. В качестве альтернативы  воспользоваться токовым шунтом, который при необходимости дополняется при помощи усилителя DA-1.

При мощности до 400 ватт схема для стабильной работы двигателя не требует установки термодатчика. Уровень сетевого напряжения вполне можно контролировать усилителем DA-1-2.

Для управляющих кнопок необходима защита в виде пластиковых толкателей. Сам процесс управления построен на опторазвязке.

При применении проводов чрезмерной длины, используются помехоподавляющие кольца.

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Подключение преобразователя возможно только при соблюдении рекомендованной изготовителем комплектации устройства:

  • Сечения определённых типов;
  • Провода определённых типов;
  • Дополнительное оборудование.

К дополнительному оборудованию можно отнести:

  • Реактор ПТ;
  • Тормозной блок;
  • Фильтр (входной/выходной).

Не рекомендовано занижение номинала автоматического выключателя. Даже минимальное несоответствие может привести к хаотичному размыканию цепи, что зачастую сводит ситуацию к тому, что звено постоянного тока выходит из строя, и схема оказывается нарушена. Следует обращать внимание на то, чтобы наконечники проводов были хорошо обжаты.

Зачастую при самостоятельной установке входная и выходная клеммы оказываются перепутаны (хотя общепонятную маркировку преобразователя вполне можно увидеть). Поэтому нужно знать, схема формируется таким образом, что клеммы L1, L2, L3 используются для соединения с питающей сетью, а U, V, W — предназначаются для электродвигателя. Если не соблюсти этого правила, скорее всего придётся всё ремонтировать.

Ввод в эксплуатацию преобразователя частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51


Watch this video on YouTube

Также, поломка гарантирована, если на входы управляющего элемента осуществляется подача напряжения на 220 и 380 вольт.

Уход за преобразователем

Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:

  • Отслеживать оседание пыли на внутренних элементах и производить своевременную чистку устройства при помощи компрессора.
  • Удостоверяться в работоспособности узлов, которые используются механизме, и производить их замену, если возникает такая необходимость.
  • Соблюдать адекватную рабочую температуру (не более +40°С) механизма и уровень напряжения на управляющей шине.
  • Регулярно (не реже одного раза за 3 года) обновлять слой термопасты на силовых компонентах устройства.
  • По возможности соблюдать умеренный уровень влажности.

Частотный преобразователь: полный обзор функций частотника

Преобразователем частоты именуют статическую преобразовательную конструкцию, используемую с целью регуляции скорости вращения асинхронного электрического двигателя. Устройства данного типа, работающие на переменном токе, гораздо проще сконструированы, и их легче эксплуатировать в сравнении с двигателями, использующими постоянный ток. Это способствует популяризации асинхронного электродвигателя.

Преобразователь частоты обеспечивает плавность пуска и остановки электрического двигателя. Наиболее уместно его использование для крупного электродвигателя с большой мощностью.

Кроме частотного преобразователя для регуляции вращательной скорости могут применяться: механические вариаторы, гидравлические муфты и т. д. Однако, такие компоненты имеют ряд недостатков:

  • Низкий уровень качества;
  • Сложная конструкция;
  • Высокая себестоимость;
  • Узкий диапазон вариантов рабочей частоты.

Частотный преобразователь для электродвигателя, регулирующий уровень напряжения питающего тока и его частоту, по данным пунктам явно отличается в лучшую сторону. Как результат, КПД преобразования стремится к ста процентам при достаточно низкой угрозе поломок.

Классификация преобразователей частоты

Согласно типу питающего напряжения необходимого для работы частотного преобразователя, существуют устройства следующих групп:

  • Однофазные;
  • Трёхфазные;
  • Высоковольтные.

Преобразователь может быть подключён к электродвигателям следующих типов:

  • Однофазным, имеющим расщеплённые полюса, и однофазным конденсаторным;
  • Трёхфазным, асинхронного типа, работающим с использованием переменного тока.
  • Оснащённых постоянными магнитами.

Существует несколько сфер использования частотного преобразователя:

  • Общепромышленная;
  • Векторное преобразование частоты;
  • Механизмы с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
  • Преобразователи частоты в кранах и иных подъёмных механизмах;

Также существуют взрывозащищённые преобразователи, ориентированные на тяжёлые условия эксплуатации, и децентрализованные модели, которые устанавливаются прямо на базе асинхронного электродвигателя.

Особенности устройства преобразователя частоты

Типичная схема, свойственная частотному преобразователю, основана на построении двойного преобразования. Это означает, что устройство состоит из:

  1. Звена постоянного тока, также сформированного из неуправляемого выпрямителя и фильтра;
  2. Силового импульсного инвентора;
  3. Системы управления.

Первый компонент отвечает за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное. После неуправляемого выпрямителя движения тока происходит через транзисторные ключи, обеспечивающие подключение обмотки асинхронного двигателя к положительным и отрицательным выводам звена постоянного тока. Эти транзисторы вместе называются силовым импульсным инвентором. Трёхфазный инвентор, состоящий из шести, осуществляет преобразование выпрямленного напряжения соответственно в трёхфазное переменное значение необходимой частоты и амплитуды, передаваемое на обмотку статора электрического двигателя.

Для компоновки импульсного инвентора предпочтительно использование IGBT-транзисторов (биполярные, имеют затвор), поскольку они являются обладателями достаточно высокой частоты переключения. Это позволяет формировать на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями.

Принципы функционирования частотного преобразователя

Регуляция пускового тока может осуществляться вручную, но это увеличивает затраты электропотребления и снижает срок эксплуатации асинхронного двигателя. Обычно без преобразователя напряжения показания до семи раз превышают значение номинала. Определённо, это не самые лучшие условия для эксплуатации.

Принцип работы преобразователей частоты связан со спецификой действия асинхронного электродвигателя. У двигателя подобного вида наблюдается зависимость между вращательной частотой магнитного поля и частотой напряжения питающего тока. В данном моменте и заключается смысл методики частотного управления. Изменяемая преобразователем входная частота напряжения отвечает за регуляцию частоты вращения. Таким образом, диапазон значений выходного напряжения весьма широк.

По принципу работы силового элемента частотные преобразователи можно отнести к следующим категориям:

  • Конструкции, имеющие выраженный промежуточный неуправляемый выпрямитель.
  • Конструкции, имеющие непосредственную связь (без промежуточного звена).

Частотники второго типа появились гораздо раньше, в них силовой компонент представлен управляемым выпрямителем, сконструированным из тиристоров. Формирование выходного сигнала происходит при поочерёдном отпирании тиристоров управляющим узлом. На сегодняшний день такие приборы потеряли свою актуальность.

Что касается частотного преобразователя первого типа, то он примечателен тем, что его можно запитать через внешнее звено постоянного тока. Сам частотник при этом защищается предохранителем быстрого действия. Однако, это делает нежелательным применение контакторов, поскольку данная разновидность коммутации провоцирует возникновение повышенного зарядного тока и выгорание предохранителей.

Работа частотного преобразователя связана с принципом двойного преобразования напряжения:

  1. Регуляция сетевого напряжения через выпрямление и фильтрование (для этого используются конденсаторные системы).
  2. Задействуется электронное управление, устанавливающее заблаговременно выбранную частоту тока.
  3. Происходит образование прямоугольных импульсов, корректируемых при помощи обмотки статора. В результате они преобразуются в синусоиду.

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Существует диада основных принципов регуляции частотных преобразователей:

  • Принцип скалярного управления.

Преобразователи частоты управляемые по данному принципу имеют низкую себестоимость. Часто применяются в приводах устройств, где степень частоты вращения может регулироваться в соотношении 1:40. Это позволяет адекватно управлять работой насосов, компрессоров, вентиляторов. К тому скалярный метод позволяет осуществлять регуляцию работы сразу нескольких электродвигателей.

  • Векторный принцип.

Имеют максимальное совпадение характеристик асинхронных электроприводов с параметрами приводов ПТ. Этому способствует разделение регуляционных каналов, связанных с потокосцеплением и вращательной скоростью асинхронного двигателя. Частотники, работающие в рамках данной системы управления, более дорогие по цене и применяются в устройствах требующих высокоточного регулирования скорости: станках, лифтах, кранах.

Как и где следует применять частотный преобразователь

Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость действия следующих механизмов:

  • Насосов, перекачивающих горячую или холодную воду по системе водоснабжения и обогрева;
  • Вспомогательных агрегатов котельных, тепловых электростанций, ТЭЦ и т.д.;
  • Дробилках, мельницах, мешалках;
  • Песковых и пульповых насосов, используемых на обогатительных фабриках;
  • Лифтовых установок;
  • Разнотипных центрифуг;
  • Производственных линий, создающих ленточные материалы;
  • Кранового и эскалаторного оборудования;
  • Устройств, обеспечивающих силовые манипуляции;
  • Приводов на буровых станках, специализированных приборов и так далее.

Наиболее очевидна польза частотных преобразователей с точки зрения экономии:

  • Оптимальный уровень КПД позволяет вдвое экономить электроэнергию.
  • Количество и качество конечного продукта в производственной значительно возрастает.
  • Комплектующие механизма меньше изнашиваются;
  • Общая длительность эксплуатации оборудования также возрастает.

Как итог, частотный преобразователь отвечает за эффективность и продуктивность функционирования механизмов.

Тонкости выбора частотного преобразователя

Основным значимым параметром, при выборе той или иной модели преобразователя частоты, на сегодняшний день является именно его стоимость. Это обусловлено тем, что только для дорогого устройства характерна максимальная функциональность. Но это не отменяет наличие специфических требований в зависимости от того, для механизма какой категории подбирается преобразователь, поэтому необходимо учитывать:

  • Разновидность и данные по мощности асинхронного электродвигателя, к которому подключается частотник;
  • Насколько точно и в каком диапазоне можно регулировать скорость;
  • Насколько точно осуществляется поддержание момента и скорости вращения на валу электрического двигателя;
  • Соответствие конструкции (формы, размера, пульта управления и так далее) индивидуальным требованиям.

Обязательно также обратить внимание на значение мощности асинхронного электрического двигателя, с которым будет взаимодействовать преобразователь частоты. Если один из параметров (например: величина пускового момента, затрачиваемое на разгон или торможение время) должен соответствовать каким-то особым требованиям, то нужно выбрать устройство более высокого класса, чем потенциально подходящее.

Самостоятельная сборка преобразователя

Чтобы механизм адекватно функционировал, сеть должна обладать весьма широкой вариацией значений напряжения. Это снижает риск поломки устройства при резких скачках.

Частота должна соответствовать производственным запросам. Нижний предел этого параметра позволяет ориентироваться в спектре возможностей регулирования скорости привода. В случае, если требуется расширить частотный диапазон относительно уже имеющегося, то необходимо подобрать модель частотного преобразователя, принцип работы которой относится к векторному типу.

Однако, стандартный рабочий диапазон составляет 10-60 Герц и лишь иногда доходит до 100 Герц.

Далее следует обратить внимание на входы и выходы управления. Процесс применения устройств с достаточно большим количеством разъёмов гораздо более удобен. Но и стоимость от этого возрастает, кроме того, затрудняется настройка. Подобные приборы могут быть оснащены дискретными, цифровыми или аналоговыми разъёмами.

Использование дискретного разъёма позволяет вводить управляющие команды и выводить информацию о течении процесса. Цифровой разъём обеспечивает введение сигналов, подаваемых цифровыми датчиками. Аналоговый разъём предназначен для введения сигнала обеспечивающего обратную связь.

Также следует проверять соответствие характеристик шины управления и возможностей преобразователя. В первую очередь это можно понять по соответствию числа разъёмов. По возможности их должно быть даже больше, чем требуется, чтобы имелся простор для модернизирования.

Если говорить о перегрузочных способностях, то следует предпочесть модели, которые имеют уровень мощности на 15% превышающий данные по мощности у двигателя.

В любом случае всегда нужно как следует изучать прилагающуюся к частотнику документацию. Там можно найти все требуемые сведения о параметрах и характеристиках.

Схема сборки

Следующая последовательность подойдёт для проводки, функционирующей с уровнем напряжения в 220 вольт и на одной фазе. Схема рассчитана на двигатель уровнем мощности не более 1 кВт.

В первую очередь осуществляется соединение обмоток двигателя по принципу «треугольник».

В качестве фундамента преобразователя используется пара плат. Одна из них необходима для блока питания и драйвера. Также туда будут относиться транзисторы и силовые клеммы. Другую плату применяют, чтобы закрепить микроконтроллер и индикатор. Между собой платы контактируют посредством гибкого шлейфа.

Для моделирования импульсного блока питания понадобится стандартная схема, которую можно обнаружить в сети.

Для контроля работы двигателя и напряжения не нужно влиять на ток извне. Тем не менее вполне уместно ввести в устройство линейную развязку с микросхемой.

На общем радиаторе устройства фиксируются транзисторы и диодный мост.

Обязательно потребуются оптроны ОС2-4, которые используются для дублирования кнопок управления. А с помощью ОС-1 выполняются пользовательские функции.

Однофазный преобразователь частоты не нуждается в трансформаторе. В качестве альтернативы  воспользоваться токовым шунтом, который при необходимости дополняется при помощи усилителя DA-1.

При мощности до 400 ватт схема для стабильной работы двигателя не требует установки термодатчика. Уровень сетевого напряжения вполне можно контролировать усилителем DA-1-2.

Для управляющих кнопок необходима защита в виде пластиковых толкателей. Сам процесс управления построен на опторазвязке.

При применении проводов чрезмерной длины, используются помехоподавляющие кольца.

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Подключение преобразователя возможно только при соблюдении рекомендованной изготовителем комплектации устройства:

  • Сечения определённых типов;
  • Провода определённых типов;
  • Дополнительное оборудование.

К дополнительному оборудованию можно отнести:

  • Реактор ПТ;
  • Тормозной блок;
  • Фильтр (входной/выходной).

Не рекомендовано занижение номинала автоматического выключателя. Даже минимальное несоответствие может привести к хаотичному размыканию цепи, что зачастую сводит ситуацию к тому, что звено постоянного тока выходит из строя, и схема оказывается нарушена. Следует обращать внимание на то, чтобы наконечники проводов были хорошо обжаты.

Зачастую при самостоятельной установке входная и выходная клеммы оказываются перепутаны (хотя общепонятную маркировку преобразователя вполне можно увидеть). Поэтому нужно знать, схема формируется таким образом, что клеммы L1, L2, L3 используются для соединения с питающей сетью, а U, V, W — предназначаются для электродвигателя. Если не соблюсти этого правила, скорее всего придётся всё ремонтировать.

Ввод в эксплуатацию преобразователя частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51


Watch this video on YouTube

Также, поломка гарантирована, если на входы управляющего элемента осуществляется подача напряжения на 220 и 380 вольт.

Уход за преобразователем

Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:

  • Отслеживать оседание пыли на внутренних элементах и производить своевременную чистку устройства при помощи компрессора.
  • Удостоверяться в работоспособности узлов, которые используются механизме, и производить их замену, если возникает такая необходимость.
  • Соблюдать адекватную рабочую температуру (не более +40°С) механизма и уровень напряжения на управляющей шине.
  • Регулярно (не реже одного раза за 3 года) обновлять слой термопасты на силовых компонентах устройства.
  • По возможности соблюдать умеренный уровень влажности.

Что такое преобразователь частоты и для чего он нужен?

Для регулирования работы асинхронного двигателя с целью не допустить снижения его КПД применяют специальные устройства – частотные преобразователи. Их работа заключается в том, что они плавно изменяют скорость вращения двигателя, с помощью смены частоты питающего напряжения.

В данной статье мы постараемся рассмотреть ряд незаметных, на первый взгляд, особенностей в работе асинхронного электродвигателя и проанализируем, насколько важно в ходе его эксплуатации использовать частотный преобразователь.

Что может привести к неисправности?

В асинхронном двигателе напряжение для работы чаще всего поступает через последовательно включенный автоматический выключатель. То сесть данный способ запуска двигателя по другому называется — плавный пуск. Таким образом это провоцирует высокий рост тока пусковой обмотки, что для оборудования закончится весьма плачевно.

Частотный преобразователь имеет к этому важное отношение – он контролирует ток электродвигателя. Формируя необходимое напряжение нужной амплитуды и частоты, частотник подает их на двигатель. Поясним – в процессе его запуска преобразователь отдает не полную частоту, скажем, в 50 Герц, а где-то 0,1Гц (или чуть больше). То же самое и с напряжением – не все 220 В или 380 В, а около 20-30 (смотря, какие выставлены настройки).

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

Все это позволяет пропускать через обмотку статора ток оптимального значения, не выше номинального показателя, чтобы создать магнитное поле, которое, в свою очередь, вместе с созданным в обмотке током создаст крутящий момент. Что касается принципов изменения характеристик напряжения, то подробно об этом, а также о критериях выбора частотника, вы можете прочесть здесь, в одной из других наших статей. Кстати, если говорить о критериях выбора, то отметим также, что выходные токи преобразователя частоты должны быть ниже тока полного режима нагрузки.

Выше мы описывали старт двигателя. Что касается разгона, то в ходе этого процесса преобразователь плавно повышает частоту и величину поступаемого напряжения, тем самым разгоняя двигатель. Главное – настроить частотник таким образом, чтобы времени на разгон уходило как можно меньше, а ток обмотки статора не был выше её номинального значения. Кроме того, важно поддерживать достаточный крутящий момент на валу.

Почему без преобразователя не обойтись? Главные преимущества его использования

Итак, преобразователь частоты дает следующие преимущества при управлении асинхронным двигателем:

  1. Плавный пуск и остановка электропривода
  2. Управление производительностью оборудования
  3. Установка оптимальных режимов работы
  4. Взаимное согласование электроприводов в сложных системах

Самые важные – это 1 и 2 пункты. Почему именно они?

Плавный пуск позволяет наращивать скорость постепенно, что позволяет не допустить скачков тока. Неконтролируемые скачки опасны, так как при прямом пуске они превышают номинальные показатели в 5-7 раз, что может спровоцировать высокую нагрузку на электросеть, защитит оборудование от перегрузок и сэкономит деньги на затратах электроэнергии.

Что касается управления производительностью, то в этом случае преобразователь частоты контролирует скорость работы электродвигателя с учетом «реальных нужд» в системе в целом. Это также помогает напрасно не тратить энергию и гарантирует её экономию в 30-60%.

Помимо 4-х основных преимуществ описанных выше, использование преобразователя обеспечивает следующие преимущества:

  • Понижение величины пусковых токов в 4-6 раз
  • Регулировка частоты и напряжения с экономией до 50% электроэнергии
  • Самостоятельное выключение контактора, снятие напряжения и с его плавной подачей в звено постоянного тока
  • Устранение ударных нагрузок, защита двигателя от механической перегрузки, либо недогрузки
  • Понижение общего числа ненужных отключений при ударных нагрузках
  • Обеспечение нужной величины и частоты при запуске оборудования, поддержание обратной связи смежных приводов
  • Контроль скорости вращения ротора и анализ работы двигателя

Классификация частотных преобразователей

В первую очередь, данные устройства различаются по режимам работы:

  • Амплитудно-частотное регулирование (скалярное) – применяются в обычных установках с вентиляторами, насосами, тележками, транспортерами и т.д. где не требуется стабилизация оборотов двигателя
  • Векторное регулирование – используются на любом оборудовании, где возможны резкие изменения крутящего момента на валу, причем в большом диапазоне и где нужна высокая стабильность оборотов на валу электродвигателя.

По типу питания:

  • Низковольтный 0,4 кВ
  • Среднее напряжение 0,69 кВ
  • Высоковольтный 6 и 10 кВ

Также данные устройства бывают с промежуточным звеном (связью) и без него. О характере работы таких устройств читайте тут, в ещё одной нашей статье.

Настройка

Настройка преобразователей выполняется строго по инструкции производителя и с учетом особенностей задачи, которая решается посредством оборудования, в котором установлен двигатель.

Например, если применяется асинхронный двигатель скалярного типа, то амплитуду сигнала и выходную частоту устанавливают по определенной формуле. Для других видов двигателя обычно используют датчики скорости вращения вала двигателя. Последовательность этапов алгоритма настройки мы перечислили здесь, в другом нашем материале.

Можно ли отказаться от частотных преобразователей?

Можно. Но лучше этого не делать. Безусловно, скорость вращения можно также регулировать и при помощи гидравлической муфты или механического вариатора и других. Но данные приспособления неэкономичны (а в промышленности это крайне важно!), у них узкий диапазон регулирования, что доставляет серьезные неудобства в ходе эксплуатации, а также они гораздо быстрее выйдут из строя. 

Итоги: почему нужно использовать преобразователи частоты?

Вот основной перечень преимуществ для работы оборудования, которые вы получаете, используя преобразователи:

  • Плавный пуск и плавную остановку оборудования
  • Эффективную защиту от перегрузок и бросков напряжения
  • Возможность эксплуатации оборудования с большими номинальными сетевыми напряжениями и токами
  • Понижение энергопотребления
  • Стабильность технологического процесса и улучшение КПД

Итак, это наиболее важная информация о частотных преобразователях, которую мы хотели до вас донести. В завершение скажем о том, от чего зависит стоимость и на что стоит обращать внимание при выборе. Это такие факторы, как марка производителя, модель и тип управления преобразователем. Также стоит обращать внимание при выборе на тип и уровень мощности двигателя, его диапазон и точность, а также степень точности поддержки крутящего момента.


Частотный преобразователь

Дмитрий Левкин

Частотный преобразователь, или преобразователь частоты — электротехническое устройство (система управления), используемое для контроля скорости и/или момента двигателей переменного тока путем изменения частоты и напряжения питания электродвигателя.

Согласно ГОСТ 23414-84 полупроводниковый преобразователь частоты — полупроводниковый преобразователь переменного тока, осуществляющий преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты

Частотный преобразователь — это устройство, используемое для того чтобы обеспечить непрерывное управление процессом. Обычно частотный преобразователь способен управлять скоростью и моментом асинхронных и/или синхронных двигателей.

Частотный преобразователь небольшой мощности

Высоковольтный преобразователь

Преобразователи частоты находят все более широкое применение в различных приложениях промышленности и транспорта. Благодаря развитию силовых полупроводниковых элементов, инверторы напряжения и инверторы тока с ШИМ управлением получают все более широкое распространение. Устройства, которые преобразуют постоянный сигнал в переменный, с желаемым напряжением и частотой, называются инверторами. Такое преобразование может быть осуществлено с помощью электронных ключей (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) и тиристоров в зависимости от задачи.

На данный момент основная часть всей производимой электрической энергии в мире используется для работы электрических двигателей. Преобразование электрической мощности в механическую мощность осуществляется с помощью электродвигателей мощностью от меньше ватта до нескольких десятков мегаватт.

    Современные электроприводы должны отвечать различным требованиям таким как:
  • максимальный КПД;
  • широкий диапазон плавной установки скорости вращения, момента, ускорения, угла и линейного положения;
  • быстрое удаление ошибок при изменении управляющих сигналов и/или помех;
  • максимальное использование мощности двигателя во время сниженного напряжения или тока;
  • надежность, интуитивное управление.

Основными элементами частотного преобразователя являются силовая часть (преобразователь электрической энергии) и управляющее устройство (контроллер). Современные частотные преобразователи обычно имеют модульную архитектуру, что позволяет расширять возможности устройства. Также зачастую имеется возможность установки дополнительных интерфейсных модулей и модулей расширения каналов ввода/вывода.

Функциональная схема частотного преобразователя

На микроконтроллере частотного преобразователя выполняется программное обеспечение, которое управляет основными параметрами электродвигателя (скоростью и моментом). Основные методы управления бесщеточными двигателями, используемые в частотных преобразователях представлены в таблице ниже.

Характеристики основных способов управления электродвигателями используемых в частотных преобразователях [3]

Примечание:

  1. Без обратной связи.
  2. С обратной связью.
  3. В установившемся режиме

Широкое развитие силовых электрических преобразователей в последние десятилетия привело к увеличению количества исследований в области модуляции. Метод модуляции непосредственно влияет на эффективность всей энергосистемы (силовой части, системы управления), определяя экономическую выгоду и производительность конечного продукта.

Главная цель методов модуляции – добиться лучшей формы сигналов (напряжений и токов) с минимальными потерями. Другие второстепенные задачи управления могут быть решены посредством использования правильного способа модуляции, такие как уменьшение синфазной помехи, выравнивание постоянного напряжения, уменьшение пульсаций входного тока, снижение скорости нарастания напряжения. Одновременное достижение всех целей управления невозможно, необходим компромисс. Каждая схема силового преобразователя и каждое приложение должны быть глубоко изучены для определения наиболее подходящего метода модуляции.

    Методы модуляции можно разделить на четыре основные группы:
  • ШИМ — широтно-импульсная модуляция
  • ПВМ — пространственно-векторная модуляция
  • гармоническая модуляция
  • методы переключения переменной частоты

Корни силовой электроники уходят к 1901 году, когда П.К. Хьюитт изобрел ртутный вентиль. Однако современная эра полупроводниковой силовой электроники началась с коммерческого представления управляемого кремниевого выпрямителя (тиристора) компанией General Electric в 1958 году. Затем развитие продолжалось в области новых полупроводниковых структур, материалов и в производстве, давая рынку много новых устройств с более высокой мощностью и улучшенными характеристиками. Сегодня силовая электроника строится на металл-оксид-полупроводниковых полевых транзисторах (MOSFET — metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) и биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT — Insulated-gate bipolar transistors), а для диапазона очень высоких мощностей — на тиристорах с интегрированным управлением (IGCT – Integrated gate-commutated thyristor). Также сейчас доступны интегрированные силовые модули. Новая эра высоковольтных, высокочастотных и высокотемпературных технологий открывается многообещающими полупроводниковыми устройствами, основанными на широкой запрещенной зоне карбида кремния (SiC). Новые силовые полупроводниковые устройства всегда инициируют развитие новых топологий преобразователей [3].

Инвертор напряжения

Инвертор напряжения наиболее распространен среди силовых преобразователей.

Двухуровневый инвертор напряжения

Двухуровневый инвертор напряжения (two-level voltage-source inverter) – наиболее широко применяемая топология преобразователя энергии. Он состоит из конденсатора и двух силовых полупроводниковых ключей на фазу. Управляющий сигнал для верхнего и нижнего силовых ключей связан и генерирует только два возможных состояния выходного напряжения (нагрузка соединяется с положительной или отрицательной шиной источника постоянного напряжения).

Схема двухуровневого инвертора напряжения

Фазное напряжение двухуровневого инвертора напряжения

Используя методы модуляции для генерирования управляющих импульсов возможно синтезировать выходное напряжение с желаемыми параметрами (формой, частотой, амплитудой). Из-за содержания высоких гармоник в выходном сигнале для генерирования синусоидальных токов выходной сигнал необходимо фильтровать, но так как данные преобразователи обычно имеют индуктивную нагрузку (электродвигатели) дополнительные фильтры используются только при необходимости.

Максимальное выходное напряжение определяется значением постоянного напряжения звена постоянного тока. Для эффективного управления мощной нагрузкой требуется высокое постоянное напряжение звена постоянного тока, но на практике это напряжение ограничено максимальным рабочим напряжением полупроводников. Для примера низковольтные IGBT транзисторы обеспечивают выходное напряжение до 690 В. Для того чтобы обойти данное ограничение по напряжению в последние десятилетия были разработаны схемы многоуровневых преобразователей. Данные преобразователи сложнее, чем двухуровневые в плане топологии, модуляции и управления, но при этом имеют лучшие показатели по мощности, надежности, габаритам, производительности и эффективности.

Трехуровневый преобразователь с фиксированной нейтральной точкой

В трехуровневом преобразователе с фиксированной нейтральной точкой (three-level neutral point clamped converter) постоянное напряжение делится поровну посредством двух конденсаторов, поэтому фаза может быть подключена к линии положительного напряжения (посредством включения двух верхних ключей), к средней точке (посредством включения двух центральных ключей) или к линии отрицательного напряжения (посредством включения двух нижних ключей). Каждому ключу в данном случае требуется блокировать только половину напряжения звена постоянного тока, тем самым позволяя увеличить мощность устройства, используя те же самые полупроводниковые ключи, как и в обычном двухуровневом преобразователе. В данном преобразователе обычно используются высоковольтные IGBT транзисторы и IGCT тиристоры.

Схема трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

    Недостатками данных преобразователей являются:
  • Дисбаланс конденсаторов, создающий асимметрию в преобразователе. Данную проблему предлагается решать путем изменения метода модуляции.
  • Неравное распределение потерь из-за того, что потери на переключение внешних и центральных ключей отличаются в зависимости от режима работы. Данная проблема не может быть решена с использованием обычной схемы, поэтому была предложена измененная топология – активный преобразователь со связанной нейтральной точкой (active NPC). В этой схеме диоды заменены управляемыми ключами. Таким образом, выбирая соответствующую комбинацию ключей, возможно уменьшить и равномерно распределить потери.
    • Фазное напряжение трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

      Преобразователь с фиксированной нейтральной точкой может масштабироваться для достижения больше чем трех уровней выходного сигнала путем деления напряжения звена постоянного тока более чем на два значения посредством конденсаторов. Каждое из этих деленных напряжений может быть подключено к нагрузке с использованием расширенного набора ключей и ограничительных диодов. Вместе с увеличением мощности преимуществами многоуровневого преобразователя является лучшее качество электроэнергии, меньшее значение скорости нарастания напряжения (dv/dt) и связанных электромагнитных помех. Однако, когда преобразователь со связанной нейтральной точкой имеет более трех уровней, появляются другие проблемы. С точки зрения схемотехники в таком случае ограничительные диоды требуют более высокое максимальное рабочее напряжение чем основные ключи, что требует использования различных технологий или нескольких ограничительных диодов соединенных последовательно. В дополнение становится критическим неравномерное использование силовых элементов в схеме. В итоге из-за увеличения количества элементов снижается надежность. Приведенные недостатки ограничивают использование преобразователей с фиксированной нейтральной точкой с более чем тремя уровнями в промышленных приложениях.

      Многоуровневые преобразователи

      Каскадные преобразователи основанные на модульных силовых ячейках со схемой H-мост (cascaded H-bridge — CHB) и преобразователи с плавающими конденсаторами (flying capacitor converter) были предложены для обеспечения большего количества уровней выходного напряжения в сравнении с преобразователями с фиксированной нейтральной точкой.

      Каскадный Н-мостовой преобразователь

      Каскадный преобразователь — высоко модульный преобразователь, состоящий из нескольких однофазных инверторов, обычно называемыми силовыми ячейками, соединенными последовательно для формирования фазы. Каждая силовая ячейка выполнена на стандартных низковольтных компонентах, что обеспечивает их легкую и дешевую замену в случае выхода из строя.

      Схема каскадного преобразователя

      Основным преимуществом данного преобразователя является использование только низковольтных компонентов, при этом он дает возможность управлять мощной нагрузкой среднего диапазона напряжения. Несмотря на то что частота коммутации в каждой ячейке низкая, эквивалентная частота коммутации приложенная к нагрузке – высокая, что уменьшает потери на переключение ключей, дает низкую скорость нарастания напряжения (dv/dt) и помогает избежать резонансов.

      Фазное напряжение каскадного преобразователя

      Преобразователь с плавающими конденсаторами

      Выходное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами получается путем прямого соединения выхода фазы с положительной, отрицательной шиной или подключением через конденсаторы. Количество уровней выходных напряжений зависит от количества навесных конденсаторов и отношения между различными напряжениями.

      Схема преобразователя с плавающими конденсаторами

      Этот преобразователь, как и в случае каскадного преобразователя, также имеет модульную топологию, где каждая ячейка состоит из конденсатора и двух связанных ключей. Однако, в отличие от каскадного преобразователя добавление дополнительных силовых ключей к конденсаторному преобразователю не увеличивает номинальную мощность преобразователя, а только уменьшает скорость нарастания напряжения (dv/dt), улучшая коэффициент гармоник выходного сигнала. Как и у каскадного преобразователя, модульность уменьшает стоимость замены элементов, облегчает поддержку и позволяет реализовать отказоустойчивую работу.

      Фазное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами

      Конденсаторный преобразователь требует только один источник постоянного тока для питания всех ячеек и фаз. Поэтому, можно обойтись без входного трансформатора, а количество ячеек может быть произвольно увеличено в зависимости от требуемой выходной мощности. Подобно преобразователю с фиксированной нейтральной точкой, этому преобразователю требуется специальный алгоритм управления для регулирования напряжения на конденсаторах.

      Инвертор тока

      Для работы инвертору тока всегда требуется управляемый выпрямитель, чтобы обеспечить постоянный ток в звене постоянного тока. В стандартной топологии обычно используются тиристорные выпрямители. Чтобы уменьшить помехи в нагрузке, в звене постоянного тока используется расщепленная индуктивность. Инвертор тока имеет схему силовых ключей наподобие инвертора напряжения, но в качестве силовых ключей используются тиристоры с интегрированным управлением (IGCT). Выходной ток имеет форму ШИМ и не может быть напрямую приложен к индуктивной нагрузке (электродвигателю), поэтому инвертор тока обязательно включает выходной емкостной фильтр, который сглаживает ток и выдает гладкое напряжение на нагрузку. Этот преобразователь может быть реализован для работы на средних напряжениях и более того он по природе имеет возможность рекуперации энергии.

      Схема инвертора тока с выпрямителем

      Прямые преобразователи

      Прямые преобразователи передают энергию прямо от входа к выходу без использования элементов накопления энергии. Основным преимуществом таких преобразователей является меньшие габариты. Недостатком – необходимость более сложной схемы управления.

      Циклоконвертер относится к категории прямых преобразователей. Данный преобразователь широко использовался в приложениях требующих высокую мощность. Этот конвертер состоит из двойных тиристорных преобразователей на фазу, который может генерировать изменяемое постоянное напряжение, контролируемое таким образом, чтобы следовать опорному синусоидальному сигналу. Вход каждого преобразователя питается от фозосмещающего трансформатора, где устраняются гармоники входного тока низкого порядка. Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. По своей природе данный преобразователь хорошо подходит для управления низкочастотными мощными нагрузками.

      Схема циклоконвертера

      Матричный преобразователь в его прямой и непрямой версии также принадлежит к категории прямых преобразователей. Основной принцип работы прямого матричного преобразователя (direct matrix converter) — возможность соединения выходной фазы к любому из входных напряжений. Преобразователь состоит из девяти двунаправленных ключей, которые могут соединить любую входную фазу с любой выходной фазой, позволяя току течь в обоих направлениях. Для улучшения входного тока требуется индуктивно-емкостной фильтр второго порядка. Выход напрямую соединяется с индуктивной нагрузкой. Не все доступные комбинации ключей возможны, они ограничены только 27 правильными состояниями коммутации. Как говорилось ранее, основное преимущество матричных преобразователей — меньшие габариты, что важно для автомобильных и авиационных приложений.

      Схема прямого матричного преобразователя

      Непрямой матричный преобразователь (indirect matrix converter) состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора. Количество силовых полупроводников такое же как у прямых матричных преобразователей (если двунаправленный ключ рассматривается как два однонаправленных ключа), но количество возможных состояний включения отличается. Используя ту же самую конфигурацию непрямого матричного преобразователя, возможно упростить его топологию и уменьшить количество элементов ограничив его работу от положительного напряжения в виртуальном звене постоянного тока. Уменьшенная топология называется разреженный матричный преобразователь (sparse matrix converter).

      Схема непрямого матричного преобразователя

      Схема разреженного матричного преобразователя

        Библиографический список
      • ГОСТ Р 50369-92 Электроприводы. Термины и определения.
      • Rahul Dixit, Bindeshwar Singh, Nupur Mittal. Adjustable speeds drives: Review on different inverter topologies.- Sultanpur, India.:International Journal of Reviews in Computing, 2012.
      • Marian P. Kazmierkowski, Leopoldo G. Franquelo, Jose Rodriguez, Marcelo A. Perez, Jose I. Leon, «High-Performance Motor Drives», IEEE Industrial Electronicsd, vol. 5, no. 3, pp. 6-26, Sep.2011.

Частотный преобразователь для электродвигателя — НТЦ Энерго-Ресурс

Недостатки механического регулирования оборотов ротора электродвигателя

Управление крутящим моментом двигателя посредством механических устройств не снижает пусковой ток двигателя и обладает малым диапазоном регулирования. К тому же, механические устройства — вариаторы при работе испытывают значительные механические нагрузки и подвержены износу. Это обуславливает высокую себестоимость по сравнению с преобразователями частоты, которые лучше адаптированы под частые перегрузки.

Частотные преобразователи подключаются непосредственно к двигателю, что позволяет исключить применение дополнительных механизмов. Также при необходимости преобразователь частоты может временно повысить скорость выше номинальной, в отличие от механического регулирования скорости, которое обычно ограничивает ее диапазон и сужает возможности в выборе режима функционирования электродвигателя.

Технические аспекты применения частотных преобразователей

В настоящее время, асинхронный электродвигатель стал основным устройством в большинстве электроприводов. Все чаще для управления им используется частотный преобразователь – инвертор с ШИМ регулированием. Такое управление дает массу преимуществ, но и создает некоторые проблемы выбора тех или иных технических решений. Попробуем разобраться в них более подробно.

Выбор мощности частотного преобразователя

При выборе мощности частотного преобразователя необходимо основываться не только на мощности электродвигателя, но и на номинальных токах и напряжениях преобразователя и двигателя. Дело в том, что указанная мощность частотного преобразователя относится только к эксплуатации его со стандартным 4-х полюсным асинхронным электродвигателем в стандартном применении.

Реальные приводы имеют много аспектов, которые могут привести к росту токовой нагрузке привода, например, при пуске. В общем случае, применение частотного привода позволяет снизить токовые и механические нагрузки за счет плавного пуска. Например, пусковой ток снижается с 600% до 100-150% от номинального.

Работа привода на пониженной скорости

Необходимо помнить, что хотя частотный преобразователь легко обеспечивает регулирование по скорости 10:1, но при работе двигателя на низких оборотах мощности собственного вентилятора может не хватать. Необходимо следить за температурой двигателя и обеспечить принудительную вентиляцию.

Электромагнитная совместимость

Поскольку частотный преобразователь — мощный источник высокочастотных гармоник, то для подключения двигателей нужно использовать экранированный кабель минимальной длины. Прокладку такого кабеля необходимо вести на расстоянии не менее 100 мм от других кабелей. Это минимизирует наводки. Если нужно пересечь кабели, то пересечение делается под углом 90 градусов.

Питание от аварийного генератора

Плавный пуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет снизить необходимую мощность генератора. Так как при таком пуске ток снижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно снизить мощность генератора. Но все равно, между генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от опасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазной сети

Трехфазные частотные преобразователи могут быть запитаны от однофазной сети, но при этом их выходной ток не должен превышать 50% от номинального.

Экономия электроэнергии и денег

Экономия происходит по нескольким причинам. Во-первых, за счет роста косинуса фи до значений 0.98, т.е. максимум мощности используется для совершения полезной работы, минимум уходит в потери. Во-вторых, близкий к этому коэффициент получается на всех режимах работы электродвигателя.

Без частотного преобразователя, асинхронные двигатели на малых нагрузках имеют косинус фи 0.3-0.4. В-третьих, нет необходимости в дополнительных механических регулировках (заслонках, дросселях, вентилях, тормозах и т.д.), все делается электронным образом. При таком устройстве регулирования, экономия может достигать 50%.

Синхронизация нескольких устройств

За счет дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать процессы на конвейере или задавать соотношения изменения одних величин, в зависимости от других. Например, поставить в зависимость скорость вращения шпинделя станка от скорости подачи резца. Процесс будет оптимизирован, т.к. при увеличении нагрузки на резец, подача будет уменьшена и наоборот.

Защита сети от высших гармоник

Для дополнительной защиты, кроме коротких экранированных кабелей, используются сетевые дроссели и шунтирующие конденсаторы. Дроссель, кроме того, ограничивает бросок тока при включении.

Правильный выбор класса защиты

Для безотказной работы частотного привода необходим надежный теплоотвод. Если использовать высокие классы защиты, например IP 54 и выше, то трудно или дорого добиться такого теплоотвода. Поэтому, можно использовать отдельный шкаф с высоким классом защиты, куда ставить модули с меньшим классом и осуществлять общую вентиляцию и охлаждение.

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

С целью снижения затрат, можно использовать один частотный преобразователь для управления несколькими электродвигателями. Его мощность нужно выбирать с запасом 10-15% от суммарной мощности всех электродвигателей. При этом нужно минимизировать длины моторных кабелей и очень желательно ставить моторный дроссель.

Большинство частотных преобразователей не допускают отключение или подключение двигателей с помощью контакторов во время работы частотного привода. Это производится только через команду «стоп» привода.

Задание функции регулирования

Для получения максимальных показателей работы электропривода, таких как: коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, перегрузочная способность, плавность регулирования, долговечность, нужно правильно выбирать соотношение между изменением рабочей частоты и напряжения на выходе частотного преобразователя.

Функция изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте, напряжение на статоре электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const). Для вентилятора, например, другое соотношение – U/F*F = const. Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение нужно увеличить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Преимущества использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Кроме повышения КПД и энергосбережения такой электропривод позволяет получить новые качества управления. Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих потери и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д. Торможение, например, может быть осуществлено за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре электродвигателя. Меняя только функциональную зависимость между частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Изучение документации

Следует заметить, что хотя частотные преобразователи похожи друг на друга и освоив один, легко разобраться с другим, тем не менее, необходимо тщательно изучать документацию. Некоторые производители накладывают ограничения на использование своей продукции, а при их нарушении снимают изделия с гарантии.

 

Популярные товары

Шины медные плетеные

Шины изолированные гибкие и твердые

Шинодержатели

Изоляторы

Индикаторы наличия напряжения

Выбор преобразователя частоты для электродвигателя. Основные моменты

Критерии выбора
Мощность
Питающее напряжение
Диапазон регулирования
Режим торможения
Способы управления электродвигателем

Правильный выбор преобразователя частоты позволит сократить текущие производственные расходы и, одновременно, повысить производительность технологического оборудования.

Преимущества использования частотных преобразователей

  • экономичное потребление энергоресурсов;
  • минимальные затраты на техническое обслуживание при соблюдении требований, установленных производителем;
  • повышение качества оперативного управления действующими мощностями;
  • постоянный контроль за важными технологическими процессами;
  • увеличение эксплуатационного ресурса электроприводов и другой сложной техники, в среднем, на 35%.

Критерии выбора

К сожалению, четкого перечня критериев, позволяющих выбрать преобразователь частоты, не существует. Это объясняется спецификой разных типов промышленного оборудования. Для каждой единицы техники, эксплуатируемой на заводах, фабриках, предприятиях малого бизнеса, действуют свои условия и ограничения. Поэтому выбор технических параметров преобразователя частоты в каждом случае индивидуален.

Ключевой критерий – тип исполнительного механизма. Сориентироваться в остальных параметрах помогут универсальные рекомендации, приведенные ниже.

Мощность

Важнейшим параметром электропривода является его мощность. Именно поэтому перед тем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя, следует определиться с нагрузочной способностью оборудования. Мощностные показатели ПЧ должны соответствовать значению номинальной мощности двигателя. При этом нагрузка на валу не должна подвергаться динамическим изменениям. Другими словами, частотник подбирается, исходя из следующих параметров:

  • максимального значения тока, потребляемого электроприводом от частотника;
  • перегрузочной способности преобразователя;
  • планируемого типа нагрузки;
  • уровня, длительности и частоты появления перегрузок.

Питающее напряжение

Не менее важным является и такой показатель, как питающее напряжение. Как правило, оборудование запитывается от трехфазной промышленной электросети напряжением 380 В. Также встречаются приводы, адаптированные для работы от однофазной сети 220/240 В.

Кроме того, на данный момент в каталогах производителей имеются модернизированные серии приводов, предназначенные для эксплуатации в высоковольтных сетях. Мощность такого оборудования измеряется в мегаваттах.

Диапазон регулирования

В случае, когда показатели скорости вращения электродвигателя не опускаются ниже 10% от номинала, подбор преобразователя частоты не предусматривает соблюдения каких-либо специальных условий. Однако в ситуации, требующей дальнейшего снижения скорости при соблюдении номинального крутящего момента на валу, важно убедиться в том, что ПЧ сможет обеспечить работу на частотах, приближенных к нулю.

Режим торможения

Инерционное торможение по своим характеристикам схоже с отключением электродвигателя от питающей сети. Оба процесса могут занять немало времени, но, правильно подобрав преобразователь частоты и опции к нему, можно выполнить останов или торможение двигателя с переходом на более низкую скорость за короткий промежуток времени.

Способы управления электродвигателем

Ряд механизмов предусматривают эксплуатацию с управлением от задающего сигнала при условии плавного изменения оборотов электрического двигателя. Иногда необходима работа на фиксированных скоростях. Оба этих момента предусматривают управление как с пульта управления преобразователя частоты, так и с применением клемм цепей управления ПЧ, кнопок, потенциометров, переключателей, устройств автоматики.

Все вышеперечисленные аспекты выбора частотника не являются исчерпывающими. При подборе также важно учитывать наличие функции индикации параметров, полноту защитных функций, особенности монтажа и установки ПЧ, возможность автоматической настройки, условия использования устройства, наличие различных интерфейсов связи.

Другие полезные материалы:
Как правильно подобрать электродвигатель
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Подключение и настройка частотного преобразователя

Преобразователь частоты для электродвигателя

Статус технологии

Содержимое заголовка

рассмотрено НИУ «МЭИ»

Наименование фирмы

description_for_technology2

Полное название технологии

description_for_technology3

​Преобразователи частоты серии JX 

Короткое название технологии

description_for_technology4

Суть энергосберегающего эффекта

description_for_technology5

​Целесообразно для решения задач управления двигателями, сравнительно небольшой мощности до 7,5 кВт.

Применение двигателей с ЧРП целесообразно при резко переменной нагрузке в зависимости, например, от технологии, времени суток, количества людей в здании и др. Применение частотно-регули-руемого электропривода вентиляторов позволяет снизить расход электроэнергии на перемещение воздуха у вытяжных систем на 6—26 % и у приточных систем на 3—12 %, при этом срок окупаемо-сти может составлять от 5 месяцев. Внедрение систем частотного регулирования, например, в приводах электродвигателей городских насосных станциях водоснабжения дает экономию электроэнергии 40—70 %, на насосных станциях дополнительно по теплу 20 %, по воде 15—20 %; окупаемость составляет 3—18 мес.

Полное техническое описание, текст

description_for_technology6

• Преобразователь частоты с вольт-частотным управлением

• Монтаж в один ряд

• Встроенный ЭМС-фильтр

• Встроенный интерфейс RS-485 Modbus

• Функция обнаружения перегрузки (150 % в течение 60 с)

• Встроенный ПИД-регулятор

• Подавление микробросков напряжения

• Автоматическое энергосбережение

• Аварийное выключение

• Настройка параметров для второго двигателя

• Автоматическое снижение несущей частоты

• Вход для PTC-термистора

• Управление охлаждающим вентилятором

• Программа для конфигурирования на ПК: CX-Drive

• CE, UL, cUL, RoHS, ГОСТ Р

 

Номинальные параметры

• Класс 200 В, однофазные, от 0,2 до 2,2 кВт

• Класс 200 В, трехфазные, от 0,2 до 7,5 кВт

• Класс 400 В, трехфазные, от 0,4 до 7,5 кВт

 

Техническое описание

 

Например, для рассчитанной вытяжной вентиляции в производственном помещении при мощности приводного электродвигателя вытяжного вентилятора PНОМВУ1=35 кВт, КПД электродвигателя η эдВУ1=0,92, коэффициенте механической загрузки КЗВУ1=0,57, график окупаемости выглядит так

 

       
Для рассчитанной вытяжной вентиляции в производственном помещении при мощности приводного электродвигателя вытяжного вентилятора PНОМВУ1=350 кВт, КПД электродвигателя η эдВУ1=0,92, коэффициенте механической загрузки КЗВУ1=0,57, график окупаемости выглядит так

 


Чем выше мощность приводного электродвигателя вентилятора (при прочих равных), тем быстрее окупается установка на него частотного преобразователя.

Полное техническое описание, файлы

description_for_technology7

​Инструкция и описание

Вид основного экономящегося энергоресурса

description_for_technology8

​Электрическая энергия

Вид вторичного экономящегося энергоресурса

description_for_technology9

​​Электрическая энергия

Минимальный возможный процент экономии, %

description_for_technology10

Максимальный возможный процент экономии, %

description_for_technology11

Средний срок окупаемости (лет)

description_for_technology12

Патент

description_for_technology13

​Метрологические сертификаты

Контактный телефон

description_for_technology14

Авторы разработки

description_for_technology15

E-mail

description_for_technology16

​https://industrial.omron.ru/ru/misc/forms/contact?referrer=13723

Сайт

description_for_technology17

https://industrial.omron.ru/ru/products/catalogue/motion_and_drives/frequency_inverters/basic_solution/default.html 

Изображение страницы

Что такое преобразователь частоты — Часто задаваемые вопросы о преобразователе частоты

1. Электронные преобразователи частоты лучше поворотных устройств? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, не так ли?

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, где есть мощность 50 Гц. Нужен ли частотный преобразователь?

3.Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 на 380 В. Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и питает 380 В, 50 Гц?

4. Я хочу сэкономить, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

5. Какие общие области применения твердотельных преобразователей частоты?

6. Какова функция преобразователя частоты?


Нажмите здесь, чтобы узнать больше о фактах о частотных преобразователях


1. Электронные преобразователи частоты лучше поворотных? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, не так ли?

Хотя поворотные устройства просты, большие и немного шумные, они чрезвычайно надежны и просты в поиске и устранении неисправностей.При прочих равных мы спросим клиентов, как долго они могут позволить себе отключать преобразователь в случае непредвиденного сбоя.

Поворотный агрегат может быть диагностирован практически любым человеком, у которого есть счетчик, примерно за час, а детали можно заказать у множества поставщиков в одночасье. Электронному блоку часто требуется несколько часов для устранения неполадок, а детали можно заказать только через нас. Хотя мы стараемся иметь запасные части под рукой, нам часто приходится отправлять их с одного из наших азиатских заводов, что может занять до двух недель.

Кроме того, электронные блоки имеют средний срок службы 10-15 лет. Роторный агрегат при надлежащем техническом обслуживании может прослужить 50 и более лет.

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, где есть мощность 50 Гц. Нужен ли частотный преобразователь?

Да, для всего, что имеет двигатель, потребуется преобразователь частоты. К сожалению, преобразователь, который будет работать только с одним прибором, будет стоить больше, чем вся бытовая техника в вашем доме.Мы рекомендуем покупать новую технику в той стране, в которую вы собираетесь.

3. Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 В на 380 В. Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и питает 380 В, 50 Гц?

Мы не можем сделать это для поворотных устройств, потому что 380 В при 60 Гц — это не тот двигатель, который мы можем получить. Остается только электронный преобразователь, который стоит намного дороже, поскольку он должен быть больше по размеру, чтобы выдерживать нагрузки двигателя.Гораздо выгоднее вообще отказаться от трансформатора.

4. Я хочу сэкономить, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

Преобразователи частоты по своей природе также преобразуют напряжение. Вы больше не платите за преобразование напряжения. Добавление трансформатора только увеличивает общую стоимость системы.

5. Каковы общие области применения твердотельных преобразователей частоты?

Короткий ответ:

Твердотельные преобразователи частоты идеальны там, где первостепенное значение имеют шум, размер, точность или регулируемость.

Длинный ответ:

Твердотельные преобразователи частоты по своей сути бесшумны, как и компьютеры, при этом основной «шум» исходит от вентиляторов принудительного воздушного охлаждения. Это делает твердотельные блоки идеальными для офисных и лабораторных помещений. Кроме того, твердотельная схема обеспечивает точность и аккуратность, ограниченную только суммой расходов, которые клиент желает потратить на предмет.

Типичными ограничениями по этим вопросам являются уровни шума менее или равные 65 децибел (дБ) и точность в пределах 1% для всех значимых параметров.

6. Какова функция преобразователя частоты ?

Преобразователь частоты часто путают с преобразователем частоты, поскольку оба они меняют выходное напряжение, частоту и силу тока. Преобразователь частоты, также называемый приводом с регулируемой скоростью (ASD) или частотно-регулируемым приводом (VFD), используется для изменения скорости, мощности и крутящего момента подключенного асинхронного двигателя в соответствии с требуемыми условиями нагрузки.

Основное различие между двумя технологиями состоит в том, что секция инвертора в преобразователе пытается поддерживать постоянное выходное напряжение и частоту независимо от выходного тока. Привод с регулируемой скоростью изменяет напряжение и частоту с обычно постоянным выходным током для ускорения или замедления нагрузки двигателя. Преобразователи частоты обычно рассчитываются по максимальному выходному току, а преобразователи частоты — по выходной мощности. Во многих корпусах «качество» выходного сигнала, измеряемое «искажением» выходного синусоидального сигнала, лучше в преобразователях, поскольку такая точность не требуется в приводах с регулируемой скоростью.

Вернуться к началу

Оптимизированная работа с преобразователями частоты

Для многих типов применений точное управление скоростью и крутящим моментом имеет решающее значение в повседневной работе. Например, точное управление скоростью может быть необходимо для адаптации конвейерной ленты к остальному процессу, а возможность регулировки производительности насоса может обеспечить значительную экономию энергии. В то же время возможность управления скоростью может улучшить рабочую среду за счет гашения шума и вибрации и уменьшения механической нагрузки на двигатель.

Преобразователь частоты, также называемый ЧРП (частотно-регулируемый привод), часто оказывается оптимальным решением для регулирования скорости приложения, приводимого в действие электродвигателем. Преобразователь частоты преобразует переменный ток из сети в постоянный, а затем обратно в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением, что позволяет двигателю работать с желаемым крутящим моментом и числом оборотов.

Экономия энергии до 50 процентов

При использовании преобразователя частоты обычно достигается лучшее и более эффективное управление, чем при гидравлическом или механическом регулировании.Вместо того, чтобы двигатель работал на полную мощность и использовал такое оборудование, как клапаны или зубчатые передачи для управления скоростью и крутящим моментом, двигатель, подключенный к преобразователю частоты, потребляет ровно столько энергии, сколько требуется для процесса. В определенных типах применений, таких как центробежные вентиляторы и насосы, это может обеспечить экономию энергии почти на 50 процентов.

«Например, более энергоэффективно управлять центробежным насосом путем регулирования оборотов двигателя с помощью преобразователя частоты, чем использование клапанов для регулирования объема жидкости.В то же время это приводит к меньшему износу, а преобразователь также может обеспечить более мягкий пуск и остановку в качестве альтернативы устройству плавного пуска », — говорит Клаус Балле Томсен, менеджер по продукции Hoyer Drives & Controls.

Соединительный элемент для интеллектуального управления

Еще одним важным преимуществом преобразователей частоты является то, что они могут быть адаптированы для сбора таких данных, как температура и вибрации двигателя, с помощью датчиков. Их можно использовать для контроля состояния двигателя и создания возможностей для более интеллектуального управления приложениями и профилактического обслуживания.Это также позволяет отслеживать работу через облачное решение и, в некоторых случаях, устранять неполадки, не присутствуя физически в производственной среде.

«На вашем ноутбуке можно получать такую ​​информацию, как часы работы и показания энергии, которые, например, можно использовать для диагностики изношенного оборудования за счет увеличения энергопотребления. Таким образом можно предотвратить выход из строя приложения, которое необходимо обслуживать раньше, чем планировалось, и отложить обслуживание приложений, находящихся в хорошем состоянии.Преобразователь также может изменить направление вращения двигателя и тем самым освободить заблокированный насос, если что-то застряло в корпусе насоса. Все эти функции могут помочь улучшить время безотказной работы », — объясняет Клаус Балле Томсен.

Обращение к источникам шума

Преобразователь частоты может быть встроен в двигатель (см. Видео) или подключен через кабель. Во время установки важно учитывать множество различных проблем. Преобразователь частоты может, среди прочего, создавать различные типы помех, акустический шум, гармонические помехи в сети и шум ЭМС, также называемый электромагнитной совместимостью, который может влиять на радиооборудование и передачу данных.

«Помехи от преобразователя частоты следует ограничивать с помощью фильтров и экранированных кабелей, чтобы установка соответствовала требованиям ЭМС. По этой причине при выборе преобразователей частоты всегда следует обращаться за профессиональной консультацией. Сервисный выключатель для механического обслуживания может, например, быть встроен в преобразователь, чтобы избежать типичного источника неисправности ЭМС и, в то же время, добиться экономии затрат на установку. Со стороны Хойера мы можем предоставить рекомендации по правильному экранированию и снабдить двигатель соответствующими фильтрами ЭМС, чтобы он был готов к правильному подключению вместе с преобразователем частоты », — говорит Клаус Балле Томсен.

Hoyer Drives & Controls — факты

  • С созданием компании Hoyer Drives & Controls компания Hoyer Motors теперь может предложить комплексное решение, охватывающее как двигатель, так и преобразователь частоты.
  • Предлагаются решения с комбинированным двигателем и частотно-регулируемым приводом от 0,37 до 1800 кВт.
  • Основное внимание уделяется OEM-решениям, в которых частотно-регулируемый привод либо интегрирован с двигателем, либо поставляется как отдельный автономный блок с высокими классами защиты (IP), либо устанавливается в шкаф.
  • Hoyer Motors работает с ведущими производителями преобразователей частоты, такими как Schneider Electric и Kostal Inveor.Предлагаются отраслевые решения.

Узнайте больше о Hoyer Drives & Controls здесь.

Преобразователи частоты

делают двигатели более надежными. Системы

с асинхронными двигателями потребляют примерно 65 процентов из 33 миллиардов долларов, ежегодно расходуемых отечественными производителями на электроэнергию. Более половины этих асинхронных двигателей используются либо в вентиляторах, либо в насосах. Вот почему так много производителей ищут преобразователи частоты, чтобы снизить мощность, потребляемую вентиляторами и насосами.Фактически, физический размер и, что более важно, стоимость преобразователей были снижены до уровней, при которых окупаемость во многих случаях довольно часто составляет один год или меньше!

Управляете ли вы в настоящее время потоком воздуха в своих существующих вентиляционных установках (AHU) с впускными или выпускными заслонками? Вы в настоящее время контролируете поток воды или других жидкостей, регулируя положение клапана? Если ваш ответ на любой из этих вопросов — ДА, то ваше предприятие является идеальным кандидатом для использования преобразователей частоты.Преобразователи частоты — одно из самых недооцененных устройств для экономии энергии на вашем предприятии. Знаете ли вы, что электродвигатель, работающий на 50% скорости в системе, описанной выше, требует только приблизительно 12,5% энергии, необходимой для его работы на полной скорости? Поскольку сейчас многие коммунальные компании предлагают скидки на установку энергосберегающих устройств, окупаемость всей установки, включая оплату труда, является весьма убедительной. На многих системах окупаемость преобразователя частоты составляет менее года!

Взгляните на таблицу ниже.Годовая окупаемость эквивалентна 100% окупаемости инвестиций!

Экономия энергии, которая может быть значительной, — это не единственное преимущество установки преобразователей частоты, это также дополнительная экономия, реализованная за счет снижения износа оборудования. Эта экономия, также значительная, не принимается во внимание в период окупаемости, описанный выше.

Хотя преобразователи частоты могут обеспечить вашему предприятию значительную экономию энергии, они все же учитывают некоторые особые соображения по обеспечению надежной и безотказной установки.Хотя преобразователи частоты по своей сути корректируют плохой коэффициент мощности, они являются импульсным источником питания и могут наводить гармоники в вашей системе. Преобразователи принимают переменный ток (AC) и преобразуют его в выход постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией. Это импульсы постоянного тока различной длительности, которые асинхронный двигатель интерпретирует как переменный ток. Любое оборудование, которое переключается с переменного на постоянный ток, такое как блок питания на вашем ноутбуке, балласты в люминесцентных осветительных приборах, системы ИБП и преобразователь частоты, может вызывать возврат в источник напряжения паразитных напряжений и / или токов, называемых переходными процессами или гармониками.Эти паразитные напряжения могут привести к проблемам с другим электронным оборудованием, а также с самим преобразователем частоты. Перегрев асинхронного двигателя и проводов, а также повреждение подшипников — это некоторые симптомы переходных процессов. Новые преобразователи частоты, в которых используются новейшие электронные компоненты, индуцируют гораздо меньше, чем их предшественники, но все же следует принимать меры для снижения вероятности наведенных гармоник. Преобразователи частоты также восприимчивы к существующим гармоникам, которые могут уже присутствовать в вашей электрической системе.Чтобы предотвратить возникновение этих переходных процессов в преобразователе частоты, необходимо принять некоторые меры предосторожности. Установка сетевого дросселя подходящего размера, установленного на входной стороне преобразователя частоты, может помочь предотвратить возврат переходных процессов, образующихся в преобразователе частоты, во входящую подачу энергии, а также блокирование любых переходных процессов на входящей линии питания от попадания в преобразователь частоты. . Это относительно недорогие трансформаторы типа «один к одному», рассчитанные по нагрузке и сопротивлению.

На выходной стороне преобразователя частоты есть три возможных проблемных участка. Первая заключается в самом двигателе. Обмотки в более старых двигателях, не рассчитанных на работу с инвертором, были изолированы лаком, который может неблагоприятно реагировать на импульсы и скачки напряжения, создаваемые преобразователем частоты. Эти скачки напряжения могут иметь такую ​​величину, которая в конечном итоге приведет к разрушению изоляции обмоток внутри двигателя. Асинхронный двигатель перегреется и в конечном итоге выйдет из строя.Двигатели с более высоким КПД, рассчитанные на работу в инверторном режиме, имеют обмотки с изоляцией, чтобы выдерживать эти скачки напряжения без выхода из строя.

Эти переходные напряжения внутри двигателя должны куда-то уходить, и естественный путь проходит через вал, в подшипники, а затем на землю через корпус двигателя. Здесь кроется вторая возможная проблемная область асинхронного двигателя. Когда эти напряжения и токи проходят от вала двигателя к земле, они должны проходить через подшипники внутри колец подшипников.

Когда эти напряжения превышают сопротивление смазочного материала подшипников, они выходят через подшипники двигателя, вызывая точечную коррозию, флютинг, чрезмерный шум подшипника и, в конечном итоге, выход подшипника из строя. Для установки на вал асинхронного двигателя доступны заземляющие кольца, которые предотвращают повреждение электрических подшипников за счет безопасного отвода опасного напряжения на валу от подшипника на землю. Эти кольца обеспечивают наименьшее сопротивление заземлению и значительно продлевают срок службы двигателя.

Это подводит нас к третьей потенциальной проблемной области — большой длине кабеля между преобразователем частоты и асинхронным двигателем.Как показывает практика, расстояние между преобразователем частоты и асинхронным двигателем не должно превышать 75–100 футов. Большее расстояние может вызвать явление отраженной или стоячей волны и емкостную связь.

Это явление приводит к удвоению напряжения на клеммах двигателя. Фактически, упомянутые ранее скачки напряжения, создаваемые преобразователем частоты, могут достигать диапазона 1300 В, вызывая износ двигателя и, в конечном итоге, выход из строя.

Повышение напряжения, вызванное емкостным эффектом этих длинных проводов, также может отрицательно сказаться на преобразователе частоты и может вызвать ложное отключение внутри преобразователя частоты и вызвать перегрев как преобразователя частоты, так и асинхронного двигателя, что значительно сокращает срок службы преобразователя частоты. либо, либо оба.Есть несколько мер предосторожности, которые помогут предотвратить эти проблемы. Во-первых, на выходной стороне преобразователя частоты можно установить нагрузочный дроссель. Точно так же, как сетевой дроссель на входе помогает предотвратить переходные процессы в преобразователь частоты или выход из него со стороны сети, нагрузочный дроссель обеспечивает те же результаты на выходной стороне преобразователя частоты. Также доступны специальные кабели, которые помогают противодействовать этим проблемам, а также уменьшают попадание паразитных напряжений и токов в эти проводники от внешних источников.

Как упоминалось в начале, преобразователи частоты, если они правильно установлены и приняты соответствующие меры предосторожности, являются отличным способом экономии энергии, сокращения времени технического обслуживания и простоев насосов и вентиляторов.

Если вам нужна дополнительная информация, помощь с определением размеров и выбором подходящего преобразователя частоты для вашего приложения или помощь с описанным оборудованием для обеспечения безопасности, обратитесь к местному представителю Springfield Electric.

Подходит ли ваш двигатель для работы с преобразователем частоты

Если вы думаете о подключении электродвигателя к частотно-регулируемому приводу, необходимо принять во внимание три аспекта.Эти аспекты включают напряжение изоляции, напряжение опоры и термическое напряжение.

Напряжение изоляции

При работе двигателя с частотным регулированием нагрузка на обмотку двигателя выше, чем при прямом питании от сети. Это в первую очередь связано с крутыми фронтами импульсов (du / dt) и кабелем двигателя, в зависимости от длины, типа, прокладки кабеля и т. Д.

Крутые фронты импульсов возникают из-за быстрого переключения полупроводниковых устройств в инверторном каскаде преобразователя частоты.Они работают на высокой частоте переключения в диапазоне от 2 до 20 кГц с очень коротким временем переключения для воспроизведения синусоидальной формы волны.

В сочетании с кабелем двигателя эти крутые фронты импульсов вызывают следующие эффекты на двигателе:

  • Высокие импульсные напряжения Ull на клеммах двигателя создают дополнительную нагрузку на межобмоточную изоляцию
  • Более высокие импульсные напряжения между обмотками и слоистым файлом создают дополнительную нагрузку на изоляцию паза
  • Более высокие напряжения между обмотками Ûwdg создают значительно большую нагрузку на изоляцию провода в обмотках

Напряжение подшипника

При неблагоприятных условиях двигатели с частотным регулированием могут выйти из строя из-за повреждения подшипников токами в подшипниках.Ток протекает в подшипнике, когда напряжение в смазочном зазоре подшипника достаточно велико, чтобы проникнуть через изолирующий слой, образованный смазкой. В этом случае о неизбежном отказе подшипника сигнализирует все более громкий шум подшипника. К подобным токам в подшипниках относятся высокочастотные вихревые токи, токи заземления и токи ЭМП (искровая эрозия).

Какой из этих токов может привести к повреждению подшипника, зависит от следующих факторов:

  • Напряжение сети на входе преобразователя частоты
  • Крутизна фронтов импульса (du / dt)
  • Тип кабеля двигателя
  • Электрическое экранирование
  • Заземление системы
  • Размер двигателя
  • Система заземления корпуса двигателя и вала двигателя.

Подшипниковые токи можно уменьшить следующими мерами:

  • Установка выходных фильтров (выходные дроссели, фильтры du / dt или синусоидальные фильтры)
  • Установка электрически изолированных подшипников
  • Хорошее заземление всех металлических компонентов системы с низкоомными соединениями
  • Экранированные кабели двигателя
  • Установка фильтра подавления постоянного тока

Термическое напряжение

Работа с преобразователем частоты увеличивает рассеиваемую мощность в двигателе.Дополнительное содержание гармоник вызывает потери в стали и текущие тепловые потери в статоре и роторе. Величина потерь зависит от амплитуды и частоты гармоник частоты привода. Дополнительные текущие тепловые потери в роторе зависят от геометрии паза. Потери в стали и текущие тепловые потери в двигателях не зависят от нагрузки. Дополнительные потери в двигателе вызывают повышенную тепловую нагрузку на изоляцию обмотки. Однако в современных преобразователях частоты дополнительный нагрев стандартных двигателей (до типоразмера 315) сопоставим с дополнительным нагревом из-за допусков сетевого напряжения и, следовательно, незначителен.Производители иногда устанавливают коэффициент снижения мощности для нестандартных двигателей (типоразмер 355 и выше).

Если преобразователь не может генерировать полное сетевое напряжение при номинальной частоте сети, рекомендуется выбрать двигатель с изоляцией класса F. Работа двигателя при напряжении ниже, чем при работе от сети, увеличивает температуру двигателя до 10 К.

Если вы не уверены, можно ли использовать ваш двигатель в сочетании с преобразователем частоты, попросите производителя двигателя подтвердить, что двигатель предназначен для работы с преобразователем частоты.И проверьте допустимый диапазон рабочих скоростей (минимальные и максимальные обороты в минуту).

Статья Грегерса Гейлагера

Преобразователь частоты и приложение

Преобразователь частоты и его применение

База данных по электронике, КИПиА
Поставщик оборудования для преобразователя частоты
50 Гц 60 Гц 400 Гц Поставщик преобразователя частоты

Преобразователь частоты и приложение

Частота Преобразователь — это электронное или электромеханическое управляемое устройство, которое преобразует переменный ток (AC) одной частоты в переменный ток другой частоты.

Электромеханический преобразователь частоты используется в мотор-генераторных установках или вращающихся преобразователях. Преобразователь частоты также может быть твердотельной электроникой. В полупроводниковых электронных устройствах обычно используется выпрямитель (вырабатывающий постоянный ток), который инвертируется для создания переменного тока желаемой частоты. Инвертор может использовать тиристоры или IGBT. Батарея также может быть встроена в цепь постоянного тока для улучшения рабочих характеристик преобразователя во время кратковременных перебоев в подаче электроэнергии. Преобразователи частоты доступны во многих диапазонах мощности от нескольких ватт до мегаватт, а также в различных частотных диапазонах.

Применение:
Преобразователи частоты используются для преобразования энергии из одного стандарта распределения в другой, преобразователи частоты также используются для управления скоростью и крутящим моментом двигателей переменного тока. В этом приложении типичный преобразователь частоты представляет собой трехфазный двухуровневый инвертор источника напряжения. Фазовые напряжения контролируются с помощью силовых полупроводниковых переключателей и широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Полупроводниковые переключающие устройства и встречно-параллельные диоды свободного хода объединены в мост, который используется для подключения всех фаз двигателя к положительному или отрицательному напряжению промежуточного звена.ШИМ изменяет соединения фаз между положительным и отрицательным напряжением промежуточного контура так, чтобы волновое напряжение имело желаемую частоту. Преобразователи частоты обычно используются для управления скоростью насосов и вентиляторов. Во многих приложениях достигается значительная экономия энергии и мощности.

Стандартные промышленные, авиационные и европейские преобразователи частоты работают с частотой 50 Гц, 60 Гц и 400 Гц (для самолетов и судов).

Был ли он в Frequenzumrichter? — Blemo Frequenzumrichter

BLEMO® hat sich als Hersteller auf Frequenzumrichter und Softstarter spezialisiert.Sie erhalten einen äußerst hochwertigen Frequenzumrichter, der Individual auf Ihre Anforderungen zugeschnitten ist. Jeder einzelne Frequenzumrichter durchläuft vor dem Verlassen des Werks umfassende Prüfungen. Unsere Experten konzentrieren sich auf jedes Detail der Antriebsoptimierung und sind immer auf dem neuesten Stand der Technik. Neueste Entwicklungen gehen häufig auf unser Konto. BLEMO® verfügt über ein breites Angebot an Frequenzumrichtern und Softstarter, aber Sie erhalten viel mehr als den Frequenzumrichter.Sie haben Zugriff auf unser Anwendungs-Know-how und verschiedene Wartungsdienstleistungen, damit Ihre Systeme während des gesamten Lebenszyklus Ihrer Frequenzumrichter optimal laufen.

Wir bieten Ihnen die bestmöglichen Komponenten und volle Flexibilität, damit Sie die Systemleistung genau auf Ihre Anwendung abstimmen können. Ein wichtiger Aspekt dieser Flexibilität ist die Möglichkeit, Ihre Frequenzumrichter mit allen gängigen Motorentechnologien einzusetzen. Dies ermöglicht erhebliche Einsparungen bei den vorgehaltenen Ersatzteilen und bei Nachrüstungen.

Welchen Hauptvorteil bietet der Einsatz von Frequenzumrichtern?

Ein Frequenzumrichter kann die abgegebene Leistung entsprechend dem Energiebedarf des angetriebenen Geräts varieren, wodurch er Energie spart und den Energieverbrauch optimiert.

Der Frequenzumrichter kann den Energieverbrauch im Vergleich zum Direktbetrieb am Netz, bei dem der Motor unabhängig vom Bedarf mit voller Drehzahl läuft, drastisch reduzieren. Der Einsatz eines Frequenzumrichters erzielt typischerweise Stromoder Kraftstoffeinsparungen von 70%.Der Roll-on-Effekt hat zur Folge, dass der Einsatz von Frequenzumrichtern auch die NOx-Emissionen der Systeme, in denen sie installiert sind, reduziert and ihre CO2-Bilanz verbessert.

Worin besteht der Unterschied zwischen einem Frequenzumrichter, einem AC-Antrieb und einem drehzahlgeregelten Antrieb?

Es gibt keinen. All diese Namen bezeichnen dasselbe Gerät.

Frequenzumrichtertypen

Es gibt viele verschiedene Arten von Frequenzumrichtern, da sie in der Industrie weit verbreitet sind.Es gibt sowohl einphasige als auch dreiphasige Frequenzumrichter für eine Vielzahl von Anwendungen. Zu den Unterschieden bei den einzelnen Frequenzumrichtertypen gehören die verschiedenen Methoden zur Frequenz- und Spannungssteuerung und die Technologien zur Minderung von Oberschwingungen.

Die drei wichtigsten Techniken zur Erzeugung variabler Frequenzen, die in Frequenzumrichtern zum Einsatz kommen, sind Pulsweitenmodulation (PWM), Stromquellenwechselrichter und Spannungsquellenwechselrichter.Die PWM-Technik ist die gebräuchlichste. Die PWM-Technik erfordert, dass die Wechselrichterleistungselektronik des Frequenzumrichters — Transistoren или bipolare Transistoren с изолированным шлюзом (IGBT) — durch ständiges Ein- und Ausschalten das richtige Spannungsniveau erzeugen. Durch das Steuern und Variieren der Impulsbreite verändert die Pulsweitenmodulation die Ausgangsfrequenz und -spannung

Преобразователи частоты для ваших приводов

Являясь одним из ведущих производителей приводной техники, мы также предлагаем подходящие инверторные технологии для наших механических компонентов.Мы разрабатываем и производим приводы и преобразователи частоты для управления приводными механизмами в машинах и установках. И мы делаем это для центральной установки в шкафу управления или для настенного монтажа, как и для децентрализованной установки.

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователи частоты

— это электронные устройства, которые позволяют управлять скоростью двигателя переменного тока . Справочная информация: Если электродвигатели или электродвигатели переменного тока работают непосредственно от системы электроснабжения переменного тока, они могут использовать только фиксированную скорость, основанную на количестве полюсов и частоте питания системы электроснабжения на месте.Однако, если приложение или производственный процесс требует регулируемого напряжения переменного тока (то есть регулируемой скорости), используются преобразователи частоты. Эти преобразователи частоты могут генерировать переменное напряжение с переменной амплитудой (уровнем выходного напряжения) и частотой из постоянного переменного напряжения.

Как работает преобразователь частоты?

Таким образом, перед двигателем подключается преобразователь частоты для генерирования переменного напряжения, которое можно регулировать в соответствии с требованиями заказчика.В этом случае система электропитания больше не генерирует частоту и уровень напряжения, с которыми работает двигатель. Вместо этого преобразователь частоты берет на себя эту задачу, а регулирует выходную частоту и выходное напряжение.

В чем главное преимущество преобразователя частоты? Вы можете использовать его для плавного изменения скорости двигателя практически от нуля до требуемой номинальной скорости и получить доступ к значительно большему диапазону скоростей. Крутящий момент двигателя остается без изменений.Таким образом, операторы установки могут в любое время адаптировать свою приводную технику к нужным им условиям. Преобразователь частоты также позволяет напрямую переключать направление вращения. Для изменения чередования фаз достаточно простой команды управления. Затем электродвигатель переменного тока, расположенный ниже по потоку, вращается в противоположном направлении.

Какие типы преобразователей частоты доступны?

Существует два разных типа инверторов: с управлением по току и с управлением по напряжению.Их функции различаются следующим образом:

  • Преобразователи частоты с управлением по току постоянно поддерживают постоянное отношение тока к частоте (I / f) и подходят для использования в приложениях в высоком мегаваттном диапазоне.
  • Напротив, в нижнем диапазоне мегаватт или киловатт, преобразователи частоты , регулируемые напряжением, представляют собой новейшие современные технологии. Они постоянно поддерживают соотношение напряжения к частоте на постоянном уровне: если, следовательно, двигатель, рассчитанный на напряжение 230 В и частоту 50 Гц, работает с частотой 25 Гц, напряжение также уменьшается вдвое до 115 В. .

Проще говоря, для преобразователей частоты с регулируемым напряжением подходят следующие случаи: Выпрямитель преобразует переменное напряжение, подаваемое из системы питания, в постоянное напряжение. Затем промежуточное звено постоянного тока берет на себя задачу сглаживания и стабилизации этого постоянного напряжения. Затем работающий инвертор DC-AC на стороне двигателя генерирует переменное напряжение с выходной частотой, требуемой приложением. Таким образом, полученное отношение напряжения к частоте обеспечивает требуемую скорость двигателя.Интегрированный контроллер , который соединяет все узлы друг с другом, определяет или вычисляет требуемую скорость.

Где используются преобразователи частоты?

Преобразователи частоты используются в огромном разнообразии промышленных секторов и приложений . Будь то приводы для насосов и вентиляторов, обрабатывающие машины, конвейерные ленты и сборочные линии, или краны и системы транспортировки: преобразователи частоты теперь незаменимы в промышленном производстве. В этом секторе адаптированная или бесступенчатая скорость позволяет оптимизировать производственные процессы — наряду с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что приводы с регулировкой скорости обеспечивают энергоэффективную работу .

Преобразователи частоты для любого оборудования и оборудования

Наши преобразователи частоты доступны в различных исполнениях и с большим количеством дополнительных функций, которые удовлетворяют многим потребностям и требованиям. Другой решающий вопрос заключается в том, следует ли размещать преобразователь частоты на стене , в центральном и защищенном месте в шкафу управления или непосредственно в поле (то есть в децентрализованном месте).И в зависимости от того, насколько простым или амбициозным является рассматриваемое приложение, все больше и больше базовых преобразователей частоты или прикладных преобразователей с большим набором функций или многоосных сервоусилителей находят применение.

SEW ‑ EURODRIVE была первой компанией , которая разработала децентрализованную технологию и представила на рынке подходящие преобразователи частоты и мехатронные приводы. Они помогают операторам установок значительно сократить расходы на установку и предоставляют различные варианты проектирования своих установок в виде модульной системы без необходимости использования шкафов управления.Наш портфель инверторных технологий также включает устройств для рекуперативных источников питания , которые можно комбинировать с одним или несколькими преобразователями частоты и приводными инверторами. Кроме того, мы предлагаем базовые пускатели для интеграции с мотор-редуктором. .

Преобразователи частоты для монтажа в шкафу

Преобразователи частоты для установки в шкафу управления

От базовых инверторов до стандартных инверторов или прикладных инверторов до модульных сервоусилителей, мы предлагаем вам обширный ассортимент приводной электроники — для децентрализованной установки в шкафах управления или распределительных коробках:

Преобразователи частоты для настенного монтажа

Еще одна недорогая опция для централизованной установки преобразователей частоты — это настенный монтаж.Это решение всегда следует рассматривать, если вы не хотите покупать дорогой шкаф управления. Наши преобразователи частоты, которые идеально подходят для этого типа установки, имеют соответствующую степень защиты от IP 54 до IP 66 (для пыльных и влажных условий окружающей среды).

Пускатели электродвигателей для децентрализованной установки

Достаточно ли одной функции инвертора для вашего приложения? Или вы, , просто хотите включать и выключать двигатель или изменять направление вращения двигателя слева направо? В таком случае в ассортименте SEW ‑ EURODRIVE также есть подходящие продукты:

Преобразователи частоты для децентрализованной установки

Преобразователи частоты для децентрализованной установки

Наше портфолио включает в себя широкий спектр преобразователей частоты для монтажа электроники вашего привода рядом с двигателем или мотор-редуктором: от базовых преобразователей с параметризуемыми рампами для тяжелых условий эксплуатации в простых приложениях до стандартных преобразователей с более широкими функциями управления до полностью программируемых преобразователей для приложений для приложений. сложные системные архитектуры.Если вам также нужно децентрализованное решение с многоосевыми перемещениями и установки со связанными модулями станков, то многоосевые сервоусилители — ваш лучший выбор.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.