Принцип работы частотного преобразователя

Частотные преобразователи служат для регулирования скорости асинхронного двигателя созданием на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. Как правило используются скалярный метод управления, с заданной характеристикой V/f=const, и в более совершенных преобразователях так называемый векторный метод.

Принцип работы частотного преобразователя: переменное напряжение промышленной сети преобразуется после трехфазной мостовой диодной схемы в постоянное и фильтруется батареей конденсаторов большой емкости для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Это напряжение подается на мостовую схему инвертора, включающую шесть управляемых IGBT или MOSFET транзисторов с диодами, включенными обратно-параллельно для предотвращения пробоя транзисторов напряжением обратной полярности, возникающем при работе с обмотками двигателя. В схему иногда включают транзистор с резистором большой мощности для рассеивания энергии генерируемой двигателем в режиме торможения, а так же для предотвращения перезарядки и выхода из строй конденсаторов фильтра. Блок-схема преобразователя частоты показана ниже:

Управляя инвертором можно получить ШИМ напряжение в фазах двигателя, а значит необходимую величину и частоту тока в обмотках.

Применение частотных преобразователей

Области применения частотных преобразователей

В альтернативу частотно-регулируемого привода могут использоваться тиристорные преобразователи для управления двигателем постоянного тока. Использование обратной связи в таких приводах позволяет обеспечить точное поддержание скорости при переменной нагрузке, что желательно или необходимо для получения требуемого качества технологических процессов. Однако двигатели постоянного тока сложны в эксплуатации и обслуживании, из-за наличия коллектора их затруднительно применять в запыленных помещениях и взрыво-небезопасной среде. В отличии двигателей постоянного тока асинхронные двигатели более просты в изготовлении, а отсюда имеют сравнительно меньшую стоимость, более надежны ввиду отсутствия коллекторного узла (для двигателей с коротко-замкнутым ротором), просты в обслуживании и универсальны в плане использовании их при различных условиях работы. Кроме того, привода с асинхронными двигателями, позволяют снизить эксплуатационные затраты, повысить перегрузочную способность, надежность и снизить требования к среде эксплуатации.

На сегодняшний день большинство механизмов используемых в водо- и теплоснабжении, системах вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессорных установках и др., приводятся в движение асинхронными двигателями запитываемых напрямую от промышленной сети. Применение частотных преобразователей для тех же механизмов в большинстве случаев позволяет отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, в виду возможности плавной регулировки частоты вращения. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы. Пуск двигателя происходит плавно, без бросков тока, а значит и момента, что снижает нагрузку на двигатель, механизмы, и тем самым увеличивает срок их службы.

Применение регулируемого электропривода позволяет получить экономию энергии до 80% путем устранения непроизводительных затрат в заслонах, дросселях и других регулирующих устройствах. Замена нерегулируемого привода, работающего в режиме периодических включений, исключает потери на пусковые токи и снижает требуемую мощность двигателя. Регулирование в системе водоснабжения в соответствии с графиком потребления воды позволяет получить значительную экономию как электроэнергии, так и воды, уменьшить количество аварий из-за разрывов трубопроводов.

Примеры применения регулируемых электроприводов на базе частотных преобразователей

Применение частотных преобразователей в одой из эффективных для них областей применения, системах водо- и теплоснабжения делает возможным регулирование подачи воды в соответствии с заранее составленным графиком(без обратной связи) и в соответствии с реальным расходом (с датчиком давления или расхода воды). Иначе решить проблему неравномерного потребления воды в зависимости от времени суток, дня, недели, времени года, без применения частотно-регулируемого привода возможно только увеличением давления в магистрали, а это увеличивает опасность взрывов трубопровода. И к тому же, поддержание постоянной производительности насосов в часы повышенного разбора воды приводит к заметному ослаблению напора. Таким образом регулирование подачи воды позволяет получить экономию электроэнергии до 50 %, значительную экономию воды и тепла. Плавный пуск позволяет исключить чрезмерные пусковые токи, возможность появления гидравлических ударов и избыточного давления в магистрали, а значит увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.

В производственных процессах требующих точное регулирование скорости вращения управления по моменту и согласование движения нескольких двигателей: изготовления и намотка полимерных нитей и пленок, проволоки, бумаги, стекловолокна и стеклоткани, применение частотных преобразователей позволяет получить высокое качество продукции, повысить производительность и исключить обрывы, а так же получать одинаковое натяжение материала при намотке на любой толщине рулона.

Возможно так же согласование работы нескольких преобразователей частоты для бесступенчатого изменения скорости, плавного пуска и остановки обоих механизмов при необходимости их синхронной работы.

Для процессов требующих точное позиционирование механизма применим частотный преобразователь с векторным управлением и обратной связью от угла поворота вала двигателя. Привода такого типа управления имеют возможность работы с полным моментом в области скоростей близких к нулю, а значит, могут заменить регулируемые привода постоянного тока.