Частотные преобразователи предназначаются для плавной регулировки скорости асинхронного двигателя. Это становится возможным за счет создания трехфазного напряжения c переменной частотой на выходе самого преобразователя. Векторное управление, которое является распространенным и совершенным позволяет регулировать частоту и напряжение.

Частотный преобразователь, работая в паре с асинхронным двигателем, даёт возможность отказаться от электропривода постоянного тока. Асинхронные электродвигатели имеют преимущества, среди которых:

  • Простота устройства и его эксплуатации;
  • Надежность конструкции;
  • Более комфортные габариты и масса;
  • Большая мощность, при меньшей себестоимости.

Статический преобразователь частоты

Тем не менее, у асинхронных электродвигателей имеется и один существенный минус, который связан со сложностью регулировки их скорости. Частоту вращения исполнительных частей механизмов можно регулировать при помощи разных устройств, однако все они не обеспечивают должного результата, а ещё они неэкономичны. Управление классическими методами: варьирование питающего напряжения, подведение дополнительных сопротивлений и т. д., являлось большой проблемой.

С развитием и распространением технологий, возникли статические преобразователи частоты (СПЧ) весьма доступные по цене. СПЧ являются современными и экономически обоснованными устройствами по управлению асинхронным приводом.

Главный принцип состоит в том, что при изменении частоты питающего напряжения, возможно изменять и у магнитного поля угловую скорость. Это обеспечит плавность регулировки скорости в обширном диапазоне, а механические характеристики значительно улучшаются. Стоит отметить, что скольжения асинхронного двигателя не допускаются, следовательно, утраты мощности будут весьма незначительными.

Статический преобразователь частоты

Для того, чтобы добиться высоких энергетических показателей, следует одновременно изменять частоту и подводимое напряжение. Это позволит повысить коэффициент мощности, КПД, а также улучшить перегрузочную способность.

Целесообразность использования

Использование регулируемого электропривода в различных технологических операциях имеет собственный ряд преимуществ. Прежде всего, стоит отметить значительное энергосбережение, за счет регулировки определенных технологических параметров. Для каждого типа устройства либо целой системы, существуют собственные характерные параметры, регулируя которые можно добиться значительных результатов.

Статический преобразователь частоты

Наиболее внушительный экономический эффект можно заполучить применяя преобразователь частоты на объектах, где производится транспортировка различных объёмов жидкости. Но на данный момент, такой способ не заполучил распространения, а регулировка производится традиционными регулирующими клапанами или задвижками. В таком случае поток вещества при дросселировании, будет сдерживаться задвижкой или клапаном, не совершая при этом полезной работы. В случае же, задействования регулируемого электропривода для насоса, станет возможным задавать оптимальные значения для давления и расхода. Это позволит снизить энергозатраты и потери непосредственно самого транспортируемого вещества.

Значительная часть нынешних статических преобразователей частоты, базируется на схеме двойного преобразования. В состав входят такие детали: звенья постоянного тока, системы управления, силового импульсного инвертора. Звено постоянного тока включает в свой состав неуправляемый выпрямитель и фильтр. Переменное напряжение преобразуется в напряжение постоянного тока.

Статический преобразователь частоты

Трехфазный силовой импульсный инвертор сконструирован из транзисторных ключей в количестве 6 штук. Каждая из обмоток электродвигателя присоединяется ключом соответственно к полагающемуся выводу выпрямителя. Инвертор, в свою очередь, производит преобразование выпрямленного ранее напряжения непосредственно в трехфазное переменное напряжение, обладающее необходимой частотой и амплитудой.

Принцип работы устройства

Рассмотрим далее принцип действия рассматриваемого частотного преобразователя.

Частотный преобразователь обладающий широтно-импульсным управлением сперва выравнивает сетевое напряжение при помощи диодного моста, а далее оно сглаживается и фильтруется конденсаторами. И это является первым этапом преобразования.

На следующем шаге, при помощи микросхем и выходных мостовых IGBT ключей, из постоянного напряжения формируется последовательность конкретной скважности и частоты. Прямоугольные импульсы, вырабатываются на выходе частотного преобразователя, но за счет индуктивности обмоток, они подвергаются интергрированию и превращаются в напряжение приближенное к синусоиде.

Статический преобразователь частоты

Как выбрать СПЧ?

  • по функциям. Большинство преобразователей бюджетного типа имеют только важнейшие функции, однако среди производителей существует конкуренция, а потому базовые вариации по своему функционалу могут значительно отличаться.
  • по способу управления. Здесь существует два варианта: скалярное и векторное управление. Векторное более современное, распространенное и сложное. Скалярное же подходит для несложных устройств, да и стоит дешевле.
  • по мощности. В случае, если мощность оборудования примерно равна, то следует выбирать преобразователи одной фирмы ориентируясь на показатель максимальной нагрузки.
  • по сетевому напряжению. Рекомендуется, выбирать преобразователь с наибольшим диапазоном, верхних и нижних значений.
  • по диапазону регулировки частоты. В зависимости от рабочих частот работы привода и ориентируясь на максимально-допустимые значения, следует выбирать преобразователь с подходящим диапазоном частот.

Статический преобразователь частоты

Общие выводы

Асинхронный двигатель снабженный короткозамкнутым ротором на сегодняшний день является наиболее надежным и распространенным устройством. Но, несмотря на многочисленные преимущества, у данного вида двигателей есть и существенные недостатки. Например, это отсутствие возможности варьирования скорости вращения ротора и достаточно серьезный пусковой ток, который в 5-7 раз превышает номинальный.

Статический преобразователь частоты

В случае, когда используются только механические устройства для регулирования, то вышеупомянутые недостатки могут привести к существенным потерям энергии и ударным механическим нагрузкам. Подобные явления крайне негативно сказываются на долговечности оборудования.

Решением же подобных проблем, стал не традиционный механический, а инновационный электронный способ. СПЧ с широтно-импульсным управлением позволяет снизить пусковые токи в четыре-пять раз. Он обеспечивает плавный запуск асинхронного двигателя, а также при помощи заданного соотношения напряжения и частоты, производит управление приводом.

Частотный преобразователь даёт возможность экономить до пятидесяти процентов энергии. Кроме того, создаётся возможность включения обратных связей среди приводов, что позволяет оборудованию, в случае необходимости, самостоятельно настраиваться.

Статический преобразователь частоты

Статический электромагнитный преобразователь …