Что такое преобразователь частоты: Частотный преобразователь — АртСтрой — строительные материалы в Санкт-Петербурге

Содержание

Частотный преобразователь

27.05.2019

Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.

Частотные преобразователь Toshiba

Для чего нужен частотный преобразователь?

Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).

Насос водяной Канальный вентилятор

Рассмотрим процессы, происходящие в электродвигателе в момент прямого пуска с помощью автоматического выключателя или кнопки включения контактора на примере обычного трехфазного асинхронного двигателя.

На статорные обмотки электродвигателя подается переменное напряжение, которое генерирует соответствующее электромагнитное поле этих обмоток. Это поле, направленное в сторону ротора, в свою очередь заставляет генерироваться электрический ток в короткозамкнутых витках ротора. Затем ток в обмотках ротора генерирует ответное магнитное поле, которое и приводит к движению ротора относительно статора. Все эти процессы, возникающие в момент пуска, называются процессом намагничивания статора и ротора.

Асинхронный электрический двигатель

Трехфазный электродвигатель сам по себе не нужен: на его валу обязательно присутствует нагрузка (самая простая — в виде лопастей вентилятора). В ситуации с нагруженным конвейером всё сложнее. Тем не менее, у этой нагрузки есть момент инерции – момент, который необходимо преодолеть двигателю для запуска вращения вала. Таким образом, все эти электромагнитные и механические силы в момент пуска напрямую соотносятся с обычным пусковым током двигателя.

Как несложно догадаться, этот ток будет в несколько раз (2-7) больше номинального тока двигателя, который получится в установившемся режиме работы.

Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту

Скорость вращения вала как асинхронных, так и синхронных электродвигателей определяется частотой вращения магнитного поля статора. Магнитное поле вращается соответственно подаваемому на обмотки статора переменному току по трем фазам. Именно это «вращение» электрического тока в статоре приводит к вращающемуся магнитному полю и определяется по формуле:

n = (60 • f / p) • (1 — s)

где n – номинальное число оборотов вала асинхронного электродвигателя, p – число пар полюсов (см. на паспортной табличке),

s – скольжение (разность скоростей поля ротора и поля статора), f – частота переменного тока (например, 50 Гц). Число пар полюсов статора зависит от конструкции катушек статора.

Скольжение зависит от нагрузки на валу электродвигателя. Таким образом, подключив электродвигатель к сети переменного тока, мы получим вращение с постоянной скоростью.

Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?

Заданное в паспортной табличке число оборотов двигателя на 1 минуту не всегда устраивает потребителя. Иногда скорость механизма хочется уменьшить, а давление в трубе наоборот поднять. Возникает потребность в изменении частоты вращения вала электродвигателя. Как видно из формулы выше, наиболее простой способ изменения частоты вращения вала электродвигателя –изменить частоту переменного тока f.

Шильдик электродвигателя EQPIII Toshiba

Принцип работы частотного преобразователя

Вот тут и приходит на помощь частотный преобразователь, иначе говоря ЧРП (частотно-регулируемый привод). Он, как говорилось в самом начале, позволяет задавать на своем выходе заданные в настройках амплитуду напряжения и частоту переменного тока.

Частота вы выходе может регулироваться в диапазоне 0.01 — 590 Гц если брать инверторы серии AS3 Toshiba. Для серии S15 Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 500 Гц. Для серии nC3E Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 400 Гц. Это объясняется функциональным назначением разных серий ПЧ.

Напряжение на выходе может изменяться в диапазоне от 0 В до напряжения питания ПЧ, т.е. текущего напряжения на входе частотного преобразователя. Это свойство можно использовать для получения нужного выходного напряжения и частоты, что ценно, например, для испытания стендового оборудования. Правда для этого придется использовать специальный выходной синусный фильтр, чтобы получить чистые синусоидальное напряжение и ток.

С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?

Дело в том, что для поддержания определенного магнитного поля в обмотках статора требуется изменять не только частоту, но и напряжение. Получается, что частота должна соответствовать определенному напряжению. Этот называется законом скалярного управления U/f (V/f), где U или V — напряжение.

Также существует закон векторного регулирования. Векторное регулирование используется для оборудования, где требуется поддерживать необходимый крутящий момент на валу при низких скоростях электродвигателя, высокое быстродействие и точность регулирования частоты вращения. Векторное управление представляет собой математический аппарат в «мозге» частотного преобразователя, который позволяет точно определять угол поворота ротора по токам фаз двигателя.

Использование частотника позволяет убрать большой пусковой ток, достигая таким образом значительного экономического эффекта при частых пусках и остановках электродвигателя.

Схема частотного преобразователя

Ниже представлена типовая схема частотного преобразователя. Входное сетевое трехфазное или однофазное напряжение подается через опциональный входной фильтр на клеммы диодного моста. Неуправляемый диодный (или управляемый тиристорный) мост преобразует переменное напряжение сети в постоянное пульсирующее напряжение. Для фильтрации пульсаций служит звено постоянного тока из одного или нескольких конденсаторов C.

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:

Звена постоянного тока, также сформированного из неуправляемого выпрямителя и фильтра;
Силового импульсного инвентора;
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:

Регуляция сетевого напряжения через выпрямление и фильтрование (для этого используются конденсаторные системы).
Задействуется электронное управление, устанавливающее заблаговременно выбранную частоту тока.
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.

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.

Как работает частотник? Принцип работы преобразователя.

Частотник служит для изменения характеристик энергии, поступающей от электросети к производственному оборудованию. Речь идёт о требуемом выборе частоты тока, вида напряжения. Технические возможности изменения этих понятий лежат в определённом диапазоне. Их показатели могут отличаться и быть выше данных, получаемых от первичного энергоисточника, так и гораздо ниже его.

Состав, конструкция схема

Оборудование преобразования частоты (ПЧ) компонуют из двух секций. Первая — с управляющими функциями, состоит из микропроцессоров. Их задача: регулировать коммутацию ключей, контролировать работу, выполнять диагностику и защиту. Вторая — силовая секция. Её комплектуют на транзисторах (тиристорах), выполняющих функцию переключателей.

Характеристика

Большинство распространённых электрорегулируемых приводов используют преобразователей частоты ПЧ двух классов. Основными признаками их разделения являются структурное отличие и принцип работы силовой части устройства. Свои функции ПЧ выполняет с промежуточным узлом, действующим с постоянным током, или осуществляется прямая связь с источником.

Положительной особенностью является высокая эффективность. Отдача достигает 98,5% и более. Используется для управления мощными высоковольтными приводами. Частотник значится относительно дешёвым, несмотря на дополнительную комплектацию схем регулирования. Эффективный способ его применения оценивают, рассматривая класс, преимущества или недостатки. Сначала использовались преобразователи с прямым, непосредственным подсоединением к сети. (рисунок 1).

То есть, источник питания подключается к статорным обмоткам двигателя через открытые вентили. Конструкция силовой части состояла из выпрямителей, выполненных на полупроводниковых приборах — тиристорах.

Обладающих свойствами электровентиля. И системы управления (СУ). Которая, попеременно их открывая, подключала к сети обмотки электродвигателя. Напряжение поступает на тиристоры, имея трёхфазный вид синусоиды Ua, Uв, Uс. На выходе преобразователя сформировано напряжение U вых.

Это показано на одной фазе с вырезанной полосой (рисунок 1). Увеличенный, он имеет зазубренный вид, который аппроксимирует линия синего цвета. Выходная частота устройства значится в границах 0—30 Гц.
Этот короткий диапазон лимитирует возможность привода регулировать скорость асинхронного электродвигателя. Такое подключение на практике даёт результат один к десяти. Хотя технологические процессы диктуют значительного увеличения этого соотношения.

Применение неуправляемых тиристоров считается недостатком конструкции, так как их использование требует усовершенствовать систему регулирования. Она становится более сложной. Кроме того, «зазубренная» форма напряжения на выходе (рис. 2), приводит к появлению высших гармоник. Их наличие сопровождается дополнительными потерями. Которые наблюдаются, в увеличении перегрева электродвигателя, уменьшение крутящего усилия (момент) на валу и появление помех в сети. Поэтому дополнительный монтаж деталей и узлов для устранения этих недостатков, повышает стоимость устройства. Увеличивают его габариты, вес и уменьшают эффективность привода.

В настоящее время преобразователи с прямой (непосредственной) связью не применяют. Сейчас в системах дополнительно включён узел с функцией постоянного тока. При этом задействовано удвоенное трансформирование электроэнергии. Напряжение на входе, с неизменной амплитудой, частотой и формой синусоиды, поступает на клеммы выпрямительного блока (B). Дальше проходит фильтр (Ф), уменьшающий пульсацию высших гармоник. Назначение (И) инвертора — преобразовать постоянное напряжение в переменное варьируемой частоты и амплитуды. При этом используются отдельные внутренние блоки.
Функции электронных ключей, в составе инверторов, выполняют запираемые GTO тиристоры. Или заменяемые его типы: GCT, IGCT, SGCT, а также трёхэлектродным полупроводниковым элементом с изолированным затвором IGBT.

Преимуществом частотника на тиристорах обоих классов является возможность использовать их при повышенных показателях напряжения и тока. Они выдерживают длительную работу, электроимпульсные скачки. Устойчивое функционирование преобразователи частоты поддерживают в широком диапазоне мощностей. С вилкой от сотни кВт до десятка мВт. На выходе ПЧ напряжение составляет от 3 до 10 кв. Однако, сравнивая цену по отношению к мощности, она остаётся завышенной.

Устройства регулируемого привода, в состав которого входили запираемые тиристоры, занимали преобладающее место. Но, потом их сменил транзистор IGBT с изолированным затвором.
Применение тиристора усложняет средство управления. Являясь полупроводниковым элементом, он подключается подачей импульса на регулируемый контакт, достаточно сменить полярность напряжение или понизить величину тока близкую к нулю. Сложность процесса и дополнительные элементы делают систему регулировки более громоздкой.

Транзисторы IGBT отличаются простым способом управления с незначительной затратой расхода энергии. Большой рабочий диапазон частот расширяет границы выбора оборотов электромотора и увеличивает скоростную характеристику. Совместное действие транзистора с микропроцессорным управлением влияет на степень высших гармоник. Кроме того, отмечаются следующие особенности.

В обмотках и магнитопроводе электродвигателя уменьшаются потери.
Снижается тепло подогрев.
Минимум проявлений пульсаций момента.
Исключаются рывки ротора в зоне небольших частот.
Сокращаются потери в конденсаторах, трансформаторах, проводах тем самым увеличиваются сроки их эксплуатационной пригодности.
Приборы измерений и защиты (особенно индукционные) допускают меньшее неточностей, искажённых срабатываний.

Сравнивая ПЧ одинаковой выходной мощности с другими схемами, устройства на транзисторах IGBT отличаются надёжностью, меньшими габаритами, массой. Достигается это за счёт модульной конструкции аппаратных средств. Минимальным набора элементов, составляющих устройство. Защитой от резких колебаний тока и напряжения. Снижением количества отказов и остановок электропривода. Лучшим теплоотводом

Высокая цена низковольтных преобразователей (IGBT) на единицу выходной мощности объясняется трудностью изготовления транзисторных модулей. Рассматривая цену и качество, они предпочтительнее тиристорных. И также надо учитывать постоянную динамику сокращения стоимости производства устройств. Тенденцию к её снижению.

Затруднение в применении высоковольтного привода с прямым изменением частоты является ограничение по мощности свыше двух мВт. Так как увеличение напряжения и рабочего тока укрупняют габариты транзисторного модуля, необходим более высокоэффективный теплоотвод от полупроводника. И как выход, до появления новейших биполярных элементов, модули в преобразователях соединяют последовательно по несколько штук.

Низковольтный ПЧ на IGB транзисторах. Устройство, особенности

Рисунок 3 показывает блочную схему и функции основных узлов. После каждого из них, отображены линии выходных параметров электроэнергии. Подаваемая энергия (Uвх.), в форме синусоиды, неизменной амплитуды, частоты. Дальше — узел постоянного тока, состоящий из неуправляемого или регулируемого выпрямителя 1. Емкостного фильтра 2, с функциями сглаживания пульсации (U выпр.). Потом, сигнал Ud поступает на независимый, автономный инвертор 3, работающий с нагрузкой, которая потребляет ту же частоту.

Он преобразует одно или 3-фазный ток постоянной величины в переменный, имеет приемлемый уровень гармоник, добавленных к выходному напряжению. Собранный на полностью регулируемых полупроводниковых приборах IGBT. Сигналы СУ подсоединяют обмотку электродвигателя к соответствующим полюсам, используя силовые транзисторы. Подключение происходит в период импульсов, моделируемых по синусоиде амплитудой и частотой. Управляемые выпрямители (1) регулируют величину Ud. Функцию сглаживания выполняет электрофильтр (4).

Вывод

В результате работы частотника получают переменное напряжение с варьируемыми показателями. Подавая энергию с такими параметрами на обмотки электродвигателя, выбирают требуемую скорость вращения вала. Статические ПЧ являются наиболее применяемыми в регулировке исполнительных механизмов. Установка управляемого электропривода экономически обоснована в энергосберегающих технологиях.

Принцип работы частотного преобразователя

Частотные преобразователи – это инверторы, которые имеют двойное преобразование напряжения. Принцип работы этого устройства достаточно простой.

Первый этап. Сначала сетевое напряжение, которое равняется 220 или 380 В выпрямляется с помощью входного диодного моста, после этого происходит его сглаживание. Следующий этап – это фильтрация, которая производится с участием конденсаторов. На этом и заканчивается первая часть изменения.
В ходе следующего этапа из постоянного напряжения формируется ШИП последовательность, которая имеет конкретную частоту и скважность. Происходит это с помощью микросхем управления, в преобразовании также участвуют мостовые IGBT, называемые выходными ключами.
Третий этап – это выход частотного преобразователя, на котором и выдаются пачки импульсов, которые имеют прямоугольную форму. Здесь они интегрируются и наконец-то и превращаются в напряжение, которое близко к синусоиде.

Благодаря частотным преобразователям можно контролировать частоту напряжения питания трех фаз, которое регулируется двигателем в районе от нуля до 400 Гц. Двигатель разгоняется и тормозит плавно, при необходимости применяется даже линейный закон от времени. Также такой преобразователь осуществляет реверс двигателя. Только представьте, если разогнать преобразователь, он может увеличить до ста пятидесяти процентов моменты динамические и пусковые.

Например, частотники Siemens созданы с настраиваемой электронной самозащитой, также здесь есть защита двигателей, которая способна уберечь от перегрузки по току, также защищается от перегрева и утечек. Частотные преобразователи помогают отслеживать выходной сигнал, для этого здесь есть цифровой индикатор. Сигнал этот уведомляет о заданном значении системы.

Также, важно отметить, что в зависимости от того, какой используется вид нагрузки – формируется необходимые вольт-частотные выходные характеристики.

А, например, в таких преобразователях, как Hyundai и вовсе существует векторное управления, которое может работать с полным моментом двигателя даже при нулевых частотах, также такие преобразователи поддерживают оптимальную скорость, даже если нагрузка переменная, и даже без датчиков обратной связи. Они точно контролируют момент на валу двигателя.

Частотные преобразователи используются в различных областях, так на их базе реализовываются системы регулирования скорости различных объектов, таких, как:

насосы как холодной, так и горячей воды;
питатели и дозаторы;
мешалки, мельницы, дробилки;
лифтовое оборудование;
оборудование, предназначенное для прокатных станков;
крановое и экскаваторное оборудование;
механизмы высокооборотные и системы.

Такие системы могут быть с любыми функциями, реализовать их можно за счет встроенных программируемых контролеров или же за счет дополнительных контролеров. И те и другие работают вместе с преобразователями.

Особый эффект дает использование частотных преобразователей для того, чтобы регулировать производительность насосных агрегатов.

Преимущества использования частотных преобразователей

Частотные преобразователи имеют множество преимуществ, ведь в них сочетаются уникальные качества, наряду с тем, что они надежны, имеют невысокую цену и высокий технический уровень.

Первое преимущество заключается в том, что на базе таких преобразователей создаются гибкие системы электропривода, также с помощью них регулируются технологические параметры.
Второе преимущество в том, что преобразователи можно встраивать в системы, кот

Преобразователь частоты: описание и применение

Преобразователь частоты: вся информация об устройстве

Оглавление

Физическая основа преобразователей частоты.

Конструкция и принцип работы преобразователей частоты.

Выпрямитель.

Промежуточная цепь.

Инвертор.

Типы управления частотным преобразователем.

Интерфейсы частотных преобразователей.

ГОСТы и ТУ для частотных преобразователей.

Преимущества использования частотных преобразователей.

Недостатки преобразователей частоты.

Назначение и область применения частотных преобразователей.

Как выбрать частотный преобразователь?

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Техника безопасности при подключении преобразователя частоты.

Преобразователь частоты – это статическое преобразовательное устройство, которое предназначено для регулировки частоты электрического тока. Преимущественно он используется для управления скоростью вращения двигателей асинхронного типа и позволяет повысить эффективность их работы, а также снизить изнашиваемость узлов.

Теоретические основы по работе преобразователей частоты были изложены еще в 30-х годах 20 столетия, но на тот период из-за отсутствия транзисторов и микропроцессоров практическая их реализация была невозможной. Только, когда в США, Европе и Японии были разработаны недостающие компоненты, начали появляться первые вариации частотных преобразователей. С тех пор они претерпели существенных технологических изменений, но принцип их работы до сих пор строится на одних и тех же физических законах.

Работа преобразователей частоты строится на следующей формуле:

Из данного выражения сразу становится ясно, что при изменении частоты входного напряжения, которое в формуле обозначено, как f1, будет меняться и угловая скорость магнитного поля статора, которая определяет и скорость вращения самого статора. Такой эффект может быть достигнут только в случае, если величина p (количество пар полюсов) будет оставаться неизменной.

Что же это дает нам? Во-первых, возможность плавного регулирования скорости вращения. Особенно актуально это на пиковых нагрузках при запуске. Во-вторых, такая зависимость позволяет повысить скольжение двигателя асинхронного типа, увеличив его КПД.

Стоит также отметить, что такие характеристики, как коэффициент мощности, КПД, коэффициент перегрузочной способности принимают высокие значения именно при одновременном регулировании частоты и напряжения тока. Закономерности изменения этих параметров напрямую зависят от нагрузочного момента, который может принимать следующий характер:

Постоянный. При таком характере нагрузочного момента напряжение на статоре будет прямо пропорционально зависеть от частоты:

Вентиляторный. В данном случае напряжение будет пропорционально частоте в квадрате:

Обратно пропорциональный. В данном случае формула будет иметь следующий вид:

Вышеописанные выкладки подтверждают, что при одновременной регулировке частоты и напряжения с помощью частотного преобразователя можно обеспечить плавное и равномерное изменение скорости вращения вала.

Если рассматривать общую конструкцию преобразователей частоты, то в ней стоит выделить два основных блока компонентов:

Управления.
Электропреобразований.

Первый блок обычно представлен микропроцессором, который воспринимает команды от внешних систем управления и интерфейсов и передает непосредственно на электропреобразовательные элементы.

Блок электропреобразований является основным рабочим механизмом всей системы. Именно он отвечает за прием входного тока и преобразование его параметров до нужных значений, установленных оператором через управляющий блок. В состав данного блока входят следующие элементы:

Выпрямитель.
Промежуточная цепь.
Инвертор.

Поговорим о каждом более подробно.

Данный компонент предназначен для формирования пульсирующего напряжения в одно- или трехфазных сетях переменного тока. Выпрямители обычно строятся либо на диодах, либо на тиристорах. В первом случае они считаются неуправляемыми, а во втором управляемыми.

Неуправляемые выпрямители. В их конструкции используется две группы диодов, которые подсоединены к различным клеммам и проводят различные напряжения – положительное и отрицательное. В конечном счете выходное напряжение равняется разности напряжений на этих группах диодов и в математическом выражении имеет следующее значение: 1,35*входное напряжение сети.
Управляемые выпрямители. В конструкции таких выпрямителей вместо диодов используются тиристоры. На них может подаваться входящий сигнал a, который стимулирует задержку тока, выражаемую в градусах. В случаях, когда значение данного параметра колеблется в пределах 0-90 градусов, тиристоры играют роль выпрямителей, а когда в 90-300 градусов – инвертора. Выходное значение постоянного напряжения составляет: 1,35* входное напряжение сети*cos α.

Промежуточная цепь выполняет роль своеобразного хранилища, из которого электродвигатель получает энергию через инвертор. В зависимости от комбинации инвертора и выпрямителя промежуточная цепь может иметь одну из следующих формаций:

Инвертор-источник питания. В данном случае промежуточная цепь имеет в составе мощную индуктивную катушку, которая преобразует напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток. Само напряжение двигателя определяется по нагрузке. Такой тип цепей может работать только с управляемыми выпрямителями.
Инверторы — источники напряжения. В данном случае в промежуточной цепи используется фильтр, в состав которого входит конденсатор. Он сглаживает напряжение, поступающее от выпрямителя. Такие цепи способны работать с любыми типами выпрямителей.
Цепь изменяющегося постоянного напряжения. В данном случае перед фильтром устанавливается прерыватель, в котором имеется транзисторы, выключающий и включающий подачу напряжения от выпрямителя. В данном случае фильтр обеспечивает сглаживает прямоугольные напряжения после прерывателя, а также поддерживает постоянное напряжение на заданной частоте.

Инвертор является последним звеном в частотном преобразователе перед самим электродвигателем. Именно он окончательно преобразует напряжение в нужный для работы вид. Вследствие вышеописанных преобразований, происходящих на выпрямителе и промежуточной цепи, инвертор получает:

Постоянный ток изменяющегося характера.
Изменяющееся или неизменное напряжение постоянного тока.

Собственно, сам инвертор и обеспечивает подачу напряжения необходимой частоты. Если на него поступает изменяемое напряжение или ток, то он создает только нужную частоту. Если же неизменяемое, то он создают и нужную частоту, и нужное напряжение.

Обычно в конструкции инверторов используются высокочастотные транзисторы, частота коммутации которых находится в диапазоне от 300 до 20 кГц.

Существует два основным метода управления электродвигателями с использованием частотных преобразователей:

Скалярный.
Векторный.

Асинхронные системы управления на сегодняшний день считаются самыми распространенными. Они используются в приводах вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д. Главный принцип, который лежит в основе скалярного управления, состоит в изменении частоты и амплитуды напряжения по закону U/fⁿ = const, где n всегда больше 1. Соответственно, меняя напряжение U, мы изменяем и частоту f в степени n. При этом степенное значение определяется в зависимости от особенностей самого частотного преобразователя и его назначения.

Сама методика скалярного управления достаточно проста с точки зрения ее технической реализации, но при этом имеет два существенных недостатка. Первый заключается в том, что без дополнительного датчика скорости вы не сможете регулировать скорость вала, ведь она напрямую зависит от нагрузки. Данную проблему можно решить простым приобретение датчика.

Но существует еще один недостаток – невозможность регулировки момента. Казалось бы, данная проблема тоже решается покупкой датчика момента. Но он достаточно дорог, да и само управление получится весьма спорным. К тому же, совместно управлять и скоростью и моментом при скалярном типе управления невозможно.

Векторный тип управления подразумевает, что в саму систему закладывается математическая модель работы электродвигателя, что позволяет на программном уровне по входным параметрам рассчитывать и скорость, и момент. При этом обязательно только наличие датчика, который будет снимать показатели тока фаз статора.

Существует два класса векторных систем управления:

Без датчиков скорости.
С датчиками скорости.

Их использование в тех или иных случаях определяется в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Если диапазон изменения скорости вращения вала не превышает 1:100, а требования по точности не более 0,5%, то отлично подойдет система без датчиков.

Если же диапазон изменения скорости составляет 1:1000, а требования по точности установлены на уровне до 0,02%, то лучше использовать системы управления с датчиками.

Стоит отметить, что у векторного управления также есть свои недостатки. Например, для их настройки требуются большие вычислительные мощности и знание рабочих параметров двигателей. Кроме того, векторное управление не может использоваться там, где в преобразователю частот подключено сразу несколько рабочих агрегатов – там целесообразно применять скалярные системы.

В конструкции большинства современных частотных преобразователей имеется целый набор различных интерфейсов, через которые можно осуществлять подключение стороннего оборудования или синхронизировать несколько частотников. Рассмотрим основные входы и выходы, используемые в подобных устройствах:

Аналоговый вход. Данный интерфейс служит для приема стандартного аналогового сигнала производственного диапазона, который располагается в пределах от 0(4) до 20мА или от 0 до 10В. Через него можно осуществлять регулировку работы частотного преобразователя. Например, минимальная величина аналогового сигнала может сигнализировать устройству о том, что выходная частота, поступающая на двигатель, должна иметь свое минимальное значение и наоборот – максимальная должна соответствовать максимальной.
Аналоговый выход. Данный выход по своему функционалу аналогичен входу. Только в этом случае он передает информацию о частоте, поступающей на двигатель, через аналоговый сигнал определенной величины, что позволяет контролировать режим работы.
Дискретный вход. Данный вход способен принимать скачкообразные сигналы. Как и аналоговый вход, он способен изменять параметры. Например, минимальный сигнал может соответствовать мгновенной минимальной выходной частоте преобразователи, а максимальный – максимальной выходной частоте.
Дискретный выход. Данный выход позволяет выполнять аналогичные входу операции только в обратном порядке.
RS-485. Данный интерфейс является полноценным входом, который позволяет в полной мере взаимодействовать с преобразователем частот, например, через компьютер. С его использованием можно настраивать рабочие параметры оборудования, отслеживать его состояние и т.д. В интерфейсе RS-485 используется особенный дифференциальный сигнал, который позволяет проводить линии длиной до 120 метров. Таким образом, можно установить преобразователь частот на производственном участке, а управление им осуществлять в командной рубке, удаленной от рабочего пространства.

Кроме того, в частотных преобразователях могут использоваться и другие интерфейсы. Все зависит от конкретной модели устройства и его производителя.

Собственно, как и любые технические средства, используемые на производственных предприятиях и в оборудовании, частотные преобразователи и требования к ним регламентируются определенной технической базой, а именно следующими документами:

Правила устройства электроустановок 7-е издание.
ГОСТ 24607-88 Преобразователи частоты.
ГОСТ 13109-97 Совместимость технических средств электромагнитная.
ГОСТ Р 51137-98 Электроприводы регулируемые асинхронные.
ФЗ 261 Федеральный закон об энергосбережении и энергоэффективности.
ТР ТС 00_2011 Электромагнитная совместимость технических средств.
ГОСТ26284-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Условные обозначения.
ГОСТ23414-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Термины и определения.
ГОСТ 4.139-85 Система показателей качества продукции. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Номенклатура показателей.

В соответствии с описанными в этих документах требованиями должен осуществлять выбор конкретной модели устройства, а также ее установка и отладка.

Частотные преобразователи нашли широкое применение в самых различных производственных нишах и оборудовании. Столь высокий спрос на подобные устройства обусловлен следующими преимуществами их использования:

Уменьшение тока запуска. В случае запуска электродвигателя с помощью прямых пускателей наблюдается резкое увеличение тока, значения которого превышают номинальное в 7-15 раз. Это негативно сказывается на электропривод и может привести к пробою изоляции, выгоранию контактов и ряду других негативных последствий. Кроме того, такой способ запуска оказывает влияние и на механические компоненты системы. В момент пуска рабочие узлы двигателя подвергаются высоким нагрузкам, что приводит к их более быстрому износу. Благодаря частотным преобразователям можно существенно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель, продлив срок его безремонтной эксплуатации.
Экономичность. Как правило, двигатели, поддерживающие работу вентиляционных и насосных систем, всегда работают на одной и той же частоте, а регулировка давления и других рабочих показателей осуществляется с помощью арматуры (шиберы, заслонки и т.д.). Это приводит к нерациональному расходованию электроэнергии. В случае использования преобразователей частот можно осуществлять настройку рабочих параметров системы за счет корректировки интенсивности работы двигателя. Это дает возможность более рационально расходовать его ресурсы.
Повышенная адаптивность. При использовании частотных преобразователей можно конструировать автоматизированные системы, которые по установленным алгоритмам будут корректировать работу оборудования. Это снижает трудозатраты производственных процессов и позволяет сделать их более точными за счет исключения человеческого фактора.
Ремонтопригодность. В случае поломки преобразователя частот вы можете отдать его в мастерскую, где мастер заменит вышедшие из строя детали. Правда, это касается только электропреобразующего блока – с блоками управления все намного сложнее и они более требовательны с точки зрения восстановления.

Частотные преобразователи являются оптимальным решением для организации самых различных производственных процессов и отладки рабочего оборудования, на базе которого используются электромоторы.

Частотные преобразователи также имеют и свои недостатки. К ним следует отнести:

Дороговизна. Частотные преобразователи являются самым дорогим преобразовательным оборудованием. Правда, данный недостаток весьма относителен с учетом того, что такие устройства позволяют продлить срок эксплуатации электродвигателей, а также увеличить срок их безремонтной эксплуатации.
Ограниченность. Далеко не все старые электродвигатели способны работать в связке с частотным преобразователем. Даже, если это возможно с технической точки зрения, то эксплуатационного ресурса устаревших моделей может просто не хватить на постоянные скачки частоты и скорости вращения вала.
Сложность настройки и подключения. Преобразователь частот достаточно сложно установить самостоятельно, поэтому для выполнения подобных работ часто приходится привлекать сторонних специалистов, а это в свою очередь влечет определенные финансовые затраты.

Если сопоставить недостатки и преимущества частотных преобразователей, то они, все равно, выглядят более эффективными даже на фоне других преобразовательных устройств. Именно это и делает их особенно популярными в производственных отраслях, где они используются практически повсеместно.

Частотные преобразователи уже много лет используются в строительстве электромеханических устройств и агрегатов. Они позволяют модулировать частоту тока, что в свою очередь делает возможной точную регулировку скорости вращения двигателя. На сегодняшний день частотники используются во многих отраслях деятельности. Мы рассмотрим лишь некоторые из них:

Пищевая промышленность. Частотные преобразователи часто используются для регулировки работы фасовочных линий. Они позволяют настроить скорость подачи продукта и движения ленты в соответствии с пропускной способностью самого упаковочного станка. Кроме того, их часто используют в крупных миксерных агрегатах, вентиляционных системах и т.д.
Механизация производственного оборудования. Без преобразователей частоты не обходятся конвейерные ленты, покрасочные и моющие станки, прессы, штамповочное оборудование и т.д. Такие устройства позволяют контролировать скорость рабочих процессов, снижая вероятность повреждения продукции и повышая качество конечного результата.
Медицина. Относительно любого медицинского оборудования всегда устанавливаются самые высокие технические требования, добиться соответствия которым невозможно без использования управляемых электродвигателей в связке с частотником. Они устанавливаются в различных системах жизнеобеспечения, подъемных механизмах кроватей и т.д.
Подъемно-транспортное обеспечение. Лифты, подъемные краны, подъемники – все эти средства уже давно используют преобразователи частоты. Они позволяют точно контролировать скорость выполнения различных операций, а также продлевать срок безремонтной эксплуатации оборудования.

Перечислять области применения частотных преобразователей можно бесконечно, ведь их можно использовать в любом оборудовании, использующем электродвигатели.

Следует выделить несколько основных параметров, на которые нужно обращать внимание при выборе частотного преобразователя:

Мощность. Данный параметр частотного преобразователя должен соответствовать мощности двигателя, с которым он будет использоваться. Следует выбирать устройство, мощность которого будет соответствовать номинальному току. Покупать частотный преобразователь с очень завышенными характеристиками попросту бессмысленно, ведь он обойдется намного дороже, да и с наладкой могут возникнуть проблемы.
Тип нагрузки. Тут все зависит от того, как осуществляется работа агрегата, к которому будет подключен частотный преобразователь. Например, при вентиляторных нагрузках не бывает перегрузок, а в случае с работой пресса – ток может превышать номинальные значения на 60 и более процентов. Соответственно, необходимо учитывать это при выборе и оставлять определенный запас «хода».
Тип охлаждения двигателя. Двигатели могут оснащаться принудительными системами охлаждения либо иметь самообдув. Во втором случае к крыльчатке ротора прикрепляются специальные лопасти, которые вращаются вместе с ним и обдувают двигатель. Соответственно, нормальная степень обдува в данном случае напрямую зависит от частоты вращения. Если двигатель продолжительное время будет работать на пониженной частоте, то это может привести к перегреву. Соответственно, лучше позаботиться о дополнительном охлаждении, если изменение частоты будет больше 10% от номинального значения.
Входное напряжение. Данный показатель определяет, при каком напряжении способен работать преобразователь частот. Тут мало знать, что в сети напряжение обычно составляет около 380 В. Часто происходят скачки в диапазоне +-30%. Кроме того, в сетях, куда подключено большое количество силового оборудования, часто случаются выбросы в 1 кВ. Соответственно, чем шире диапазон рабочих напряжений у преобразователя частот, тем надежнее он будет работать.
Способ торможения. Остановка двигателя может осуществляться либо инверторным мостом, либо электродинамическим способом. Первый метод больше подходит для точного и быстрого торможения, а второй – в механизмах с частым торможением либо при необходимости постепенной остановки. На это обязательно следует обратить внимание.
Окружающая среда и защита. Обычно в паспорте преобразователя частоты указаны условия, при которых должно использоваться устройство. Например, влагозащищенные модели соответствуют стандарту IP 54 – они устойчивы к воздействию влаги и могут использоваться в помещениях с паровыми испарениями и повышенной влажностью.
Тип управления и интерфейсы. Обязательно необходимо обратить внимание на наличие подходящих для подключения разъемов, а также возможностей правления – некоторые модели предназначены для монтажа на месте, а другие – в отдельной рубке управления.

Если вы никогда не работали с преобразователями частоты, лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Если рассмотреть монтаж преобразователя частоты схематически, то вес процесс сводиться к соединению контактов самого устройства, электродвигателя и управляющего блока-предохранителя. Достаточно соединить провода всех элементом, подключить двигатель к сети и запустить его.

На первый взгляд, ничего сложного в этом нет, но, на самом деле, процедура монтажа имеет некоторые свои нюансы:

Очень важно, чтобы в цепи между самим частотником и источником питания был установлен предохранитель. Он позволит своевременно отключать устройства в случае перепадов напряжения, сохраняя их работоспособность. Примечательно, что при подключении к трехфазной сети, необходимо, чтобы сам предохранитель также был трехфазным, но имел общий рычаг для отключения. Это даст возможность отключать питание сразу на всех фазах даже, если только на одной случилось короткое замыкание или перегрузка. Если преобразователь подключается к однофазной сети, то и предохранитель должен быть однофазным. В данном случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы по его установке. С ними необходимо ознакомиться еще до начала работ.
Фазовые выходы частотного преобразователя подключаются к контактам самого электродвигателя. При этом в зависимости от напряжения частотника обмотки двигателя могут иметь формацию «звезда» или «треугольник». Обычно на корпусе двигателя указано два значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются «звездой», если большему – «треугольником». Вся эта информация обычно пропечатывается в инструкции.
В комплекте практически с каждым преобразователем частоты прилагается выносной пульт управления. Он не является обязательным элементов цепи, ведь на самом устройстве также есть свои элементы управления, но позволяют существенно упростить работу с оборудованием. Пульт можно монтировать на любом расстоянии от частотника. Обычно делается это следующим образом: преобразователи частоты, которые имеют низкую степень защиты располагаются подальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно к рабочему месту около оборудования.

Не менее важным этапом установки частотного преобразователя является его тестовый запуск. Он осуществляет по следующей схеме:

После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, частотник, двигатель) необходимо перевести рукоять на пульте управления в активное положение на несколько градусов.
Тумблеры предохранителя переключить в положение «ВКЛ». После этого на частотном преобразователи должны загореться световые индикаторы, которые будут сигнализировать, что оборудование подключено правильно, а двигатель должен начать медленно вращаться.
Если вал двигателя начал вращаться в другу от нужной сторону, необходимо перепрограммировать сам частотный преобразователь на реверсное движение. Практически все современные устройства поддерживают такую функцию.
Постепенно передвигайте рукоять управления и следите за работой двигателя – частота вращения вала должна расти по мере того, как вы передвигаете рукоять.

Если при тестовом запуске никаких проблем обнаружено не было, значит, вы сделали все правильно и система может включаться в рабочий процесс.

Следует выделить несколько основных правил безопасности, о которых нужно помнить при выполнении работ по подключению частотных преобразователей:

Категорически запрещается касаться любой частью тела к токоведущим элементам цепи. Это может нанести ущерб вашему здоровью или даже лишить жизни. Перед началом работ рекомендуется полностью обесточить оборудование и использовать специальные электромонтажные инструменты с защитой от ударов током.
Стоит помнить, что даже после угасания индикаторов на устройстве в цепи может оставаться напряжение. Чтобы избежать ударов током при работе с системами до 7 кВт необходимо выждать 5 минут до начала работ, с агрегатами свыше 7 кВт – 15 минут. Этого времени должно хватить, чтобы все конденсаторы в цепи разрядились.
Заземление является неотъемлемой частью любой электрической цепи, включая цепь частотный преобразователь-двигатель. Оно должно устанавливаться в виде отдельного кабеля и ни в коем случае не может присоединяться к нулевой шине.
Стоит помнить, что отключения частотного преобразователя не гарантирует, что в других узлах сети не осталось напряжения, поэтому перед ремонтом или обслуживанием необходимо полностью отключить цепь от сети.

Выполнять работы по подключению преобразователей частоты могут только квалифицированные специалисты, имеющие соответствующую подготовку, а также необходимые допуски.

Преобразователь частоты: описание и применение

Преобразователь частоты: вся информация об устройстве

Оглавление

Физическая основа преобразователей частоты.

Конструкция и принцип работы преобразователей частоты.

Выпрямитель.

Промежуточная цепь.

Инвертор.

Типы управления частотным преобразователем.

Интерфейсы частотных преобразователей.

ГОСТы и ТУ для частотных преобразователей.

Преимущества использования частотных преобразователей.

Недостатки преобразователей частоты.

Назначение и область применения частотных преобразователей.

Как выбрать частотный преобразователь?

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Техника безопасности при подключении преобразователя частоты.

Работа преобразователей частоты строится на следующей формуле:

Постоянный. При таком характере нагрузочного момента напряжение на статоре будет прямо пропорционально зависеть от частоты:

Вентиляторный. В данном случае напряжение будет пропорционально частоте в квадрате:

Обратно пропорциональный. В данном случае формула будет иметь следующий вид:

Управления.
Электропреобразований.

Выпрямитель.
Промежуточная цепь.
Инвертор.

Поговорим о каждом более подробно.

Неуправляемые выпрямители. В их конструкции используется две группы диодов, которые подсоединены к различным клеммам и проводят различные напряжения – положительное и отрицательное. В конечном счете выходное напряжение равняется разности напряжений на этих группах диодов и в математическом выражении имеет следующее значение: 1,35*входное напряжение сети.
Управляемые выпрямители. В конструкции таких выпрямителей вместо диодов используются тиристоры. На них может подаваться входящий сигнал a, который стимулирует задержку тока, выражаемую в градусах. В случаях, когда значение данного параметра колеблется в пределах 0-90 градусов, тиристоры играют роль выпрямителей, а когда в 90-300 градусов – инвертора. Выходное значение постоянного напряжения составляет: 1,35* входное напряжение сети*cos α.

Инвертор-источник питания. В данном случае промежуточная цепь имеет в составе мощную индуктивную катушку, которая преобразует напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток. Само напряжение двигателя определяется по нагрузке. Такой тип цепей может работать только с управляемыми выпрямителями.
Инверторы — источники напряжения. В данном случае в промежуточной цепи используется фильтр, в состав которого входит конденсатор. Он сглаживает напряжение, поступающее от выпрямителя. Такие цепи способны работать с любыми типами выпрямителей.
Цепь изменяющегося постоянного напряжения. В данном случае перед фильтром устанавливается прерыватель, в котором имеется транзисторы, выключающий и включающий подачу напряжения от выпрямителя. В данном случае фильтр обеспечивает сглаживает прямоугольные напряжения после прерывателя, а также поддерживает постоянное напряжение на заданной частоте.

Постоянный ток изменяющегося характера.
Изменяющееся или неизменное напряжение постоянного тока.

Скалярный.
Векторный.

Существует два класса векторных систем управления:

Без датчиков скорости.
С датчиками скорости.

Аналоговый вход. Данный интерфейс служит для приема стандартного аналогового сигнала производственного диапазона, который располагается в пределах от 0(4) до 20мА или от 0 до 10В. Через него можно осуществлять регулировку работы частотного преобразователя. Например, минимальная величина аналогового сигнала может сигнализировать устройству о том, что выходная частота, поступающая на двигатель, должна иметь свое минимальное значение и наоборот – максимальная должна соответствовать максимальной.
Аналоговый выход. Данный выход по своему функционалу аналогичен входу. Только в этом случае он передает информацию о частоте, поступающей на двигатель, через аналоговый сигнал определенной величины, что позволяет контролировать режим работы.
Дискретный вход. Данный вход способен принимать скачкообразные сигналы. Как и аналоговый вход, он способен изменять параметры. Например, минимальный сигнал может соответствовать мгновенной минимальной выходной частоте преобразователи, а максимальный – максимальной выходной частоте.
Дискретный выход. Данный выход позволяет выполнять аналогичные входу операции только в обратном порядке.
RS-485. Данный интерфейс является полноценным входом, который позволяет в полной мере взаимодействовать с преобразователем частот, например, через компьютер. С его использованием можно настраивать рабочие параметры оборудования, отслеживать его состояние и т.д. В интерфейсе RS-485 используется особенный дифференциальный сигнал, который позволяет проводить линии длиной до 120 метров. Таким образом, можно установить преобразователь частот на производственном участке, а управление им осуществлять в командной рубке, удаленной от рабочего пространства.

Правила устройства электроустановок 7-е издание.
ГОСТ 24607-88 Преобразователи частоты.
ГОСТ 13109-97 Совместимость технических средств электромагнитная.
ГОСТ Р 51137-98 Электроприводы регулируемые асинхронные.
ФЗ 261 Федеральный закон об энергосбережении и энергоэффективности.
ТР ТС 00_2011 Электромагнитная совместимость технических средств.
ГОСТ26284-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Условные обозначения.
ГОСТ23414-84 — Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Термины и определения.
ГОСТ 4.139-85 Система показателей качества продукции. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Номенклатура показателей.

Уменьшение тока запуска. В случае запуска электродвигателя с помощью прямых пускателей наблюдается резкое увеличение тока, значения которого превышают номинальное в 7-15 раз. Это негативно сказывается на электропривод и может привести к пробою изоляции, выгоранию контактов и ряду других негативных последствий. Кроме того, такой способ запуска оказывает влияние и на механические компоненты системы. В момент пуска рабочие узлы двигателя подвергаются высоким нагрузкам, что приводит к их более быстрому износу. Благодаря частотным преобразователям можно существенно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель, продлив срок его безремонтной эксплуатации.
Экономичность. Как правило, двигатели, поддерживающие работу вентиляционных и насосных систем, всегда работают на одной и той же частоте, а регулировка давления и других рабочих показателей осуществляется с помощью арматуры (шиберы, заслонки и т.д.). Это приводит к нерациональному расходованию электроэнергии. В случае использования преобразователей частот можно осуществлять настройку рабочих параметров системы за счет корректировки интенсивности работы двигателя. Это дает возможность более рационально расходовать его ресурсы.
Повышенная адаптивность. При использовании частотных преобразователей можно конструировать автоматизированные системы, которые по установленным алгоритмам будут корректировать работу оборудования. Это снижает трудозатраты производственных процессов и позволяет сделать их более точными за счет исключения человеческого фактора.
Ремонтопригодность. В случае поломки преобразователя частот вы можете отдать его в мастерскую, где мастер заменит вышедшие из строя детали. Правда, это касается только электропреобразующего блока – с блоками управления все намного сложнее и они более требовательны с точки зрения восстановления.

Частотные преобразователи также имеют и свои недостатки. К ним следует отнести:

Дороговизна. Частотные преобразователи являются самым дорогим преобразовательным оборудованием. Правда, данный недостаток весьма относителен с учетом того, что такие устройства позволяют продлить срок эксплуатации электродвигателей, а также увеличить срок их безремонтной эксплуатации.
Ограниченность. Далеко не все старые электродвигатели способны работать в связке с частотным преобразователем. Даже, если это возможно с технической точки зрения, то эксплуатационного ресурса устаревших моделей может просто не хватить на постоянные скачки частоты и скорости вращения вала.
Сложность настройки и подключения. Преобразователь частот достаточно сложно установить самостоятельно, поэтому для выполнения подобных работ часто приходится привлекать сторонних специалистов, а это в свою очередь влечет определенные финансовые затраты.

Пищевая промышленность. Частотные преобразователи часто используются для регулировки работы фасовочных линий. Они позволяют настроить скорость подачи продукта и движения ленты в соответствии с пропускной способностью самого упаковочного станка. Кроме того, их часто используют в крупных миксерных агрегатах, вентиляционных системах и т.д.
Механизация производственного оборудования. Без преобразователей частоты не обходятся конвейерные ленты, покрасочные и моющие станки, прессы, штамповочное оборудование и т.д. Такие устройства позволяют контролировать скорость рабочих процессов, снижая вероятность повреждения продукции и повышая качество конечного результата.
Медицина. Относительно любого медицинского оборудования всегда устанавливаются самые высокие технические требования, добиться соответствия которым невозможно без использования управляемых электродвигателей в связке с частотником. Они устанавливаются в различных системах жизнеобеспечения, подъемных механизмах кроватей и т.д.
Подъемно-транспортное обеспечение. Лифты, подъемные краны, подъемники – все эти средства уже давно используют преобразователи частоты. Они позволяют точно контролировать скорость выполнения различных операций, а также продлевать срок безремонтной эксплуатации оборудования.

Мощность. Данный параметр частотного преобразователя должен соответствовать мощности двигателя, с которым он будет использоваться. Следует выбирать устройство, мощность которого будет соответствовать номинальному току. Покупать частотный преобразователь с очень завышенными характеристиками попросту бессмысленно, ведь он обойдется намного дороже, да и с наладкой могут возникнуть проблемы.
Тип нагрузки. Тут все зависит от того, как осуществляется работа агрегата, к которому будет подключен частотный преобразователь. Например, при вентиляторных нагрузках не бывает перегрузок, а в случае с работой пресса – ток может превышать номинальные значения на 60 и более процентов. Соответственно, необходимо учитывать это при выборе и оставлять определенный запас «хода».
Тип охлаждения двигателя. Двигатели могут оснащаться принудительными системами охлаждения либо иметь самообдув. Во втором случае к крыльчатке ротора прикрепляются специальные лопасти, которые вращаются вместе с ним и обдувают двигатель. Соответственно, нормальная степень обдува в данном случае напрямую зависит от частоты вращения. Если двигатель продолжительное время будет работать на пониженной частоте, то это может привести к перегреву. Соответственно, лучше позаботиться о дополнительном охлаждении, если изменение частоты будет больше 10% от номинального значения.
Входное напряжение. Данный показатель определяет, при каком напряжении способен работать преобразователь частот. Тут мало знать, что в сети напряжение обычно составляет около 380 В. Часто происходят скачки в диапазоне +-30%. Кроме того, в сетях, куда подключено большое количество силового оборудования, часто случаются выбросы в 1 кВ. Соответственно, чем шире диапазон рабочих напряжений у преобразователя частот, тем надежнее он будет работать.
Способ торможения. Остановка двигателя может осуществляться либо инверторным мостом, либо электродинамическим способом. Первый метод больше подходит для точного и быстрого торможения, а второй – в механизмах с частым торможением либо при необходимости постепенной остановки. На это обязательно следует обратить внимание.
Окружающая среда и защита. Обычно в паспорте преобразователя частоты указаны условия, при которых должно использоваться устройство. Например, влагозащищенные модели соответствуют стандарту IP 54 – они устойчивы к воздействию влаги и могут использоваться в помещениях с паровыми испарениями и повышенной влажностью.
Тип управления и интерфейсы. Обязательно необходимо обратить внимание на наличие подходящих для подключения разъемов, а также возможностей правления – некоторые модели предназначены для монтажа на месте, а другие – в отдельной рубке управления.

Если вы никогда не работали с преобразователями частоты, лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Очень важно, чтобы в цепи между самим частотником и источником питания был установлен предохранитель. Он позволит своевременно отключать устройства в случае перепадов напряжения, сохраняя их работоспособность. Примечательно, что при подключении к трехфазной сети, необходимо, чтобы сам предохранитель также был трехфазным, но имел общий рычаг для отключения. Это даст возможность отключать питание сразу на всех фазах даже, если только на одной случилось короткое замыкание или перегрузка. Если преобразователь подключается к однофазной сети, то и предохранитель должен быть однофазным. В данном случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы по его установке. С ними необходимо ознакомиться еще до начала работ.
Фазовые выходы частотного преобразователя подключаются к контактам самого электродвигателя. При этом в зависимости от напряжения частотника обмотки двигателя могут иметь формацию «звезда» или «треугольник». Обычно на корпусе двигателя указано два значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются «звездой», если большему – «треугольником». Вся эта информация обычно пропечатывается в инструкции.
В комплекте практически с каждым преобразователем частоты прилагается выносной пульт управления. Он не является обязательным элементов цепи, ведь на самом устройстве также есть свои элементы управления, но позволяют существенно упростить работу с оборудованием. Пульт можно монтировать на любом расстоянии от частотника. Обычно делается это следующим образом: преобразователи частоты, которые имеют низкую степень защиты располагаются подальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно к рабочему месту около оборудования.

После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, частотник, двигатель) необходимо перевести рукоять на пульте управления в активное положение на несколько градусов.
Тумблеры предохранителя переключить в положение «ВКЛ». После этого на частотном преобразователи должны загореться световые индикаторы, которые будут сигнализировать, что оборудование подключено правильно, а двигатель должен начать медленно вращаться.
Если вал двигателя начал вращаться в другу от нужной сторону, необходимо перепрограммировать сам частотный преобразователь на реверсное движение. Практически все современные устройства поддерживают такую функцию.
Постепенно передвигайте рукоять управления и следите за работой двигателя – частота вращения вала должна расти по мере того, как вы передвигаете рукоять.

Категорически запрещается касаться любой частью тела к токоведущим элементам цепи. Это может нанести ущерб вашему здоровью или даже лишить жизни. Перед началом работ рекомендуется полностью обесточить оборудование и использовать специальные электромонтажные инструменты с защитой от ударов током.
Стоит помнить, что даже после угасания индикаторов на устройстве в цепи может оставаться напряжение. Чтобы избежать ударов током при работе с системами до 7 кВт необходимо выждать 5 минут до начала работ, с агрегатами свыше 7 кВт – 15 минут. Этого времени должно хватить, чтобы все конденсаторы в цепи разрядились.
Заземление является неотъемлемой частью любой электрической цепи, включая цепь частотный преобразователь-двигатель. Оно должно устанавливаться в виде отдельного кабеля и ни в коем случае не может присоединяться к нулевой шине.
Стоит помнить, что отключения частотного преобразователя не гарантирует, что в других узлах сети не осталось напряжения, поэтому перед ремонтом или обслуживанием необходимо полностью отключить цепь от сети.

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, в которой есть мощность 50 Гц. Нужен ли преобразователь частоты?

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 подает 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. Для чего нужен преобразователь частоты?

Щелкните 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 простые, большие и немного шумные, они чрезвычайно надежны и легко устраняются.При прочих равных мы спросим клиентов, как долго они могут позволить себе отключать преобразователь в случае непредвиденного отказа.

Поворотный агрегат может быть диагностирован почти 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.

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

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 подает 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 более выгодно вообще отказаться от трансформатора.

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, причем 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. Каковы функции 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 заключается 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

Преобразователи частоты

| Авиация, морские перевозки и многое другое

Авиация
Преобразователи частоты

Marine
Преобразователи частоты

От берега до корабля

Промышленные преобразователи частоты

От 50 Гц до 60 Гц / от 60 Гц до 50 Гц

Что такое преобразователь частоты?

Проще говоря, преобразователь частоты — это устройство преобразования энергии.Преобразователь частоты преобразует базовую синусоидальную мощность с фиксированной частотой и постоянным напряжением (сетевое питание) в выходной сигнал с переменной частотой и напряжением, используемый для управления скоростью асинхронных двигателей.

Зачем нужен преобразователь частоты?

Основная функция преобразователя частоты в водной среде — экономия энергии. За счет регулирования скорости насоса, а не регулирования расхода с помощью дроссельных клапанов, можно значительно сэкономить энергию. Например, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии на 50%.Ниже описывается снижение скорости и соответствующая экономия энергии. Помимо экономии энергии, значительно увеличен срок службы рабочего колеса, подшипников и уплотнений

Доступно множество различных типов преобразователей частоты, которые предлагают оптимальный метод согласования производительности насоса и вентилятора с требованиями системы. Чаще всего используется преобразователь частоты. Он преобразует стандартную мощность предприятия (220 В или 380 В, 50 Гц) в регулируемое напряжение и частоту для питания двигателя переменного тока. Частота, подаваемая на двигатель переменного тока, определяет скорость двигателя.Двигатели переменного тока обычно представляют собой такие же стандартные двигатели, которые могут быть подключены к линии переменного тока. За счет включения байпасных пускателей работа может поддерживаться даже в случае отказа инвертора.

Преобразователи частоты

также имеют дополнительное преимущество — увеличенный срок службы подшипников и уплотнений насоса. Поддерживая в насосе только давление, необходимое для удовлетворения требований системы, насос не подвергается воздействию более высокого давления, чем необходимо. Следовательно, компоненты служат дольше.
Те же преимущества, но в меньшей степени, применимы и к вентиляторам, работающим от преобразователей частоты.

Для достижения оптимальной эффективности и надежности многие специалисты по спецификациям получают от производителей подробную информацию об эффективности преобразователя частоты, требуемом техническом обслуживании, диагностических возможностях преобразователя частоты и общих рабочих характеристиках. Затем они проводят подробный анализ, чтобы определить, какая система даст наилучшую отдачу от инвестиций.

Дополнительные преимущества преобразователей частоты

Помимо экономии энергии и лучшего управления технологическим процессом, преобразователи частоты могут обеспечить и другие преимущества:

Преобразователь частоты может использоваться для управления технологической температурой, давлением или расходом без использования отдельного контроллера.Соответствующие датчики и электроника используются для сопряжения управляемого оборудования с преобразователем частоты.
Расходы на техническое обслуживание можно снизить, поскольку более низкие рабочие скорости приводят к увеличению срока службы подшипников и двигателей.
Устранение дроссельных клапанов и заслонок также отменяет техническое обслуживание этих устройств и всех связанных с ними органов управления.
Устройство плавного пуска для двигателя больше не требуется.
Контролируемая скорость разгона в жидкостной системе может устранить проблемы гидроудара.
Способность преобразователя частоты ограничивать крутящий момент до уровня, выбранного пользователем, может защитить приводимое оборудование, которое не может выдерживать чрезмерный крутящий момент.

Анализировать систему в целом

Поскольку процесс преобразования входящей мощности с одной частоты на другую приведет к некоторым потерям, экономия энергии всегда должна происходить за счет оптимизации производительности всей системы. Первый шаг в определении потенциала энергосбережения системы — это тщательный анализ работы всей системы.Чтобы обеспечить экономию энергии, необходимы подробные знания о работе оборудования и технологических требованиях. Кроме того, следует учитывать тип преобразователя частоты, предлагаемые функции и общую пригодность для применения.

Внутренняя конфигурация преобразователя частоты

Преобразователи частоты содержат три первичные секции:

Схема выпрямителя — состоит из диодов, тиристоров или биполярных транзисторов с изолированным затвором. Эти устройства преобразуют мощность сети переменного тока в постоянный ток.
DC Bus — состоит из конденсаторов, которые фильтруют и накапливают заряд постоянного тока.
— состоит из высоковольтных мощных транзисторов, которые преобразуют мощность постоянного тока в выходной сигнал переменного тока с переменной частотой и напряжением, подаваемый на нагрузку.

Преобразователи частоты также содержат мощный микропроцессор, который управляет схемой инвертора для создания почти чистого синусоидального напряжения переменной частоты, подаваемого на нагрузку. Микропроцессор также управляет конфигурациями входов / выходов, настройками преобразователя частоты, состояниями неисправности и протоколами связи.

Или для получения дополнительной информации о преобразователях частоты используйте форму ниже

Преобразователь частоты

| Узнайте, как легко конвертировать частоту

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователь частоты — это вычислительный инструмент, который позволяет преобразовывать значение частоты из стандартных единиц измерения в большие и меньшие единицы.Чтобы понять, как работает наш преобразователь частоты, необходимо понимать понятие частоты и ее единицы. Давай посмотрим.

Что такое частота?

Проще говоря, частота — это количество раз, когда вещь или событие происходит за определенный период времени. Теперь, если мы хотим определить это, следуя более научному подходу, мы можем сказать, что частота — это частота колебаний в секунду (в форме волны). Волна может быть звуковой или электромагнитной (радио- или световой), которую можно рассчитать с помощью калькулятора распределения частот.

Частота бывает двух типов:

Резонансная частота

Относительная частота.

Что такое резонансная частота?

Это тип частоты звуковой волны, который измеряется физическими параметрами, т.е. вибрацией вибрирующего объекта. Другими словами, это собственная частота колебаний. На его резонансной частоте объект вибрировать легче, чем на любой другой частоте. Это легко вычислить с помощью калькулятора относительной частоты.

Что такое относительная частота?

Относительная частота измеряется по отношению ко всей окружающей среде.Это доля случаев, когда возникает ответ. Для измерения относительной частоты вы делите первоначально рассчитанное значение частоты на общее количество проведенных испытаний. Калькулятор относительной частоты вычисляет эту частоту во всплеске.

Что такое единица измерения частоты? Единица измерения частоты в системе СИ — герц (Гц). Один герц просто означает один раз в секунду; 1 / с. Это количество циклов в секунду любого колебательного явления. Для каждой частоты существует обратный период времени.Этот период времени представляет собой разницу во времени между двумя частотами; разница во времени между одним подобным событием и следующим. Какие другие единицы частоты? Стандартная единица измерения частоты — только герцы. Но поскольку Гц представляет собой только один цикл в секунду, поэтому частота также выражается через более крупные единицы, такие как килогерцы (кГц),

мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц).

Килогерцы относятся к тому, сколько тысяч циклов происходит в секунду.
Мегагерц означает, сколько миллионов циклов происходит в секунду.
Гигагерц означает, сколько миллиардов циклов происходит в секунду.

Определения частот	Частота прописью
Определение герц (Гц)	Один герц — один цикл в секунду
Определение килогерц (кГц)	Один килогерц — одна тысяча циклов в секунду = 1000
Определение мегагерц (МГц)	Один мегагерц — один миллион циклов в секунду = 1000000
Определение гигагерца (ГГц)	Один гигагерц — один миллиард циклов в секунду = 1000000000

Как рассчитать частоту волны?

Прежде чем наш преобразователь частоты выполнит работу по преобразованию между меньшими и большими единицами частоты, вы должны сначала иметь значение частоты.

Каждая волна имеет длину волны и проходит через среду с определенной фазовой скоростью. Автоматически это означает, что каждая волна имеет частоту. И эта частота обратно пропорциональна длине волны фазовой скоростью (скоростью волны, проходящей через данную среду).

Это означает;

$$ f \; = \; \ frac {v} {λ} $$

Где V — скорость волны, а λ — длина волны.

Вышеупомянутая формула предназначена для частоты звуковой волны.Звуковая волна в воздухе имеет общую скорость 343 м / с. Частотный диапазон звука, слышимого человеческим ухом, составляет от 20 Гц до 20 000 Гц.

Другая физическая волна, несущая частоту, — это световая волна.

В электромагнитном спектре есть различные частоты света. Но общим является тот факт, что мы предполагаем, что фазовая скорость (v) равна скорости света (c) для всех электромагнитных волн. Скорость света равна 3 * 10 ⁸ м / с.

Это означает, что для электромагнитной волны (включая свет) формула вычисления частоты равна;

$$ f \; = \; \ frac {v} {λ} $$

Как работает преобразователь частоты?

Как мы объяснили выше, один герц указывает на один цикл или вибрацию в секунду.Одна тысяча циклов в секунду составляет 1 килогерц или 1 кГц, а 1000000 циклов в секунду составляет 1 мегагерц или 1 МГц.

Калькулятор частоты использует арифметические операции для этих преобразований.

Мы собираемся дать вам пример формулы для преобразования значения частоты в Гц в кГц.

1 Гц = 0,001 кГц

или

1 кГц = 1000 Гц

Герц в килогерц формула

Частота f в килогерцах (кГц) равна частоте f в герцах (Гц), деленной на 1000:

$$ \ text {f (кГц)} \; = \; \ frac {\ text {f (Гц})} {1000} $$

Пример

Преобразование 300 герц в килогерцы:

$$ \ text {f (кГц)} \; = \; \ frac {300Hz} {1000} \; = \; 0.5 кГц $$

Предположим, это быстрое требование во время практической или экзаменационной подготовки, и вы должны пройти весь процесс преобразования, который мы упомянули выше. Конечно, это создаст хлопоты и определенно займет много времени. Вместо этого, почему бы вам не использовать удобный инструмент; это наш преобразователь частоты. Этот конвертер сэкономит ваше драгоценное время и всю дополнительную тяжелую работу, которую вы собирались приложить для выполнения этих преобразований вручную.

Приведем еще один пример преобразования, который впоследствии объяснил бы, насколько полезным и щедрым является наш маленький удобный преобразователь частоты J

Преобразовать мегагерцы в гигагерцы

1 ГГц = 1000 МГц

или

1 МГц = 0.001 ГГц

мегагерцы в гигагерцы формула

Частота f в гигагерцах (ГГц) равна частоте f в мегагерцах (МГц), деленной на 1000:

$$ \ text {f (ГГц)} \; = \; \ frac {\ text {f (МГц)}} {1000} $$

Пример

Преобразовать 7 мегагерц в гигагерцы:

$$ \ text {f (ГГц)} \; = \; \ frac {7MHz} {1000} \; = \; 0,007 ГГц $$

Это формула, которую вы будете использовать и которую наш преобразователь частоты использует для преобразования значения частоты из МГц в ГГц.Но разница в том, что вы будете делать это вручную, а преобразователь частоты сделает это за доли секунды.

Как использовать преобразователь частоты?

Для использования этого инструмента вам просто необходимо;

Нажмите, чтобы открыть его ссылку
Поместите значение частоты в данное поле
Выберите начальную и конечную единицы
Нажмите «Преобразовать»

Да, пользоваться им максимально просто.

Основы преобразователя частоты

Для достижения высокой эффективности, отличной управляемости и энергосбережения в приложениях, связанных с промышленными асинхронными двигателями, необходимо использовать системы регулируемых преобразователей частоты.Система преобразователя частоты в настоящее время представляет собой двигатель переменного тока, питаемый от статического преобразователя частоты. Современный преобразователь частоты отлично подходит для двигателей переменного тока и прост в установке. Однако одна важная проблема связана с несинусоидальным выходным напряжением. Этот фактор вызвал массу нежелательных проблем. Повышенные потери в асинхронном двигателе, шум и вибрация, вредное воздействие на систему индукционной изоляции и выход из строя подшипников являются примерами проблем систем, связанных с преобразователями частоты.Повышенные индукционные потери означают снижение выходной мощности индукции для предотвращения перегрева. Лабораторные измерения показывают, что повышение температуры может быть на 40% выше при использовании преобразователя частоты по сравнению с обычными источниками питания. Постоянные исследования и совершенствование преобразователей частоты помогли решить многие из этих проблем. К сожалению, кажется, что решение одной проблемы акцентировало внимание на другой. Снижение потерь в индукции и преобразователе частоты ведет к увеличению вредного воздействия на изоляцию.Производители индукционных устройств, конечно, знают об этом. На рынке начинают появляться новые индукционные конструкции (инверторно-резистивные двигатели). Лучшая изоляция обмотки статора и другие конструктивные улучшения гарантируют, что асинхронные двигатели будут лучше адаптированы для применений с преобразователями частоты.

Введение
Одной из наиболее серьезных проблем асинхронного двигателя была сложность его адаптации к регулировке скорости. Синхронная скорость двигателя переменного тока определяется следующим уравнением.

n _s = 120 * f / p

n _с = синхронная скорость
f = частота электросети
p = номер полюса

Единственный способ отрегулировать скорость для данного количества полюсов — это изменить частоту.

Основной принцип
Теоретически основная идея проста, процесс преобразования стабильной частоты линии электропередачи в переменную частоту в основном выполняется в два этапа:

Источник переменного тока преобразуется в постоянное напряжение.
Постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение желаемой частоты.

Преобразователь частоты в основном состоит из трех блоков: выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора.

Различные типы преобразователей частоты
Инвертор источника напряжения PWM (VSI)
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) широко применяется в промышленности преобразователей частоты. Они доступны от нескольких сотен ватт до мегаватт.

ШИМ-преобразователь не обязательно должен точно соответствовать нагрузке, ему нужно только убедиться, что нагрузка не потребляет ток, превышающий номинальный ток ШИМ-преобразователя. Вполне возможно запустить индукцию 20 кВт с преобразователем PWM на 100 кВт. Это большое преимущество, которое упрощает работу приложения.

В настоящее время преобразователь частоты ШИМ использует биполярный транслятор с изолированным затвором (IGBT). Современные преобразователи частоты с ШИМ работают очень хорошо и не сильно отстают от конструкций, использующих синусоидальный источник питания — по крайней мере, не в диапазоне мощностей до 100 кВт или около того.

Инвертор источника тока (CSI)
Инвертор источника тока представляет собой грубую и довольно простую конструкцию по сравнению с ШИМ. Он использует простые тиристоры или тиристоры в цепях питания, что делает его намного дешевле. Кроме того, он очень надежен. Конструкция обеспечивает защиту от короткого замыкания из-за больших индукторов в звене постоянного тока. Он крупнее ШИМ.

Раньше инвертор источника тока был лучшим выбором для больших нагрузок. Недостатком инвертора источника тока является необходимость согласования с нагрузкой.Преобразователь частоты должен быть рассчитан на используемый асинхронный двигатель. Фактически, сама индукция является частью перевернутой цепи.

Инвертор источника тока подает на асинхронный двигатель ток прямоугольной формы. На низких скоростях индукция создает зубцовый момент. Этот тип преобразователя частоты будет создавать больше шума на источнике питания по сравнению с преобразователем PWM. Нужна фильтрация.

Сильные переходные процессы выходного напряжения являются дополнительным недостатком инвертора источника тока.В худших случаях переходные процессы могут почти в два раза превышать номинальное напряжение. Также существует риск преждевременного износа изоляции обмотки при использовании этого преобразователя частоты. Этот эффект наиболее серьезен, когда нагрузка не соответствует преобразователю частоты должным образом. Это может произойти при работе с частичной нагрузкой. Этот вид преобразователя частоты все больше теряет свою популярность.

Векторное управление потоком (FVC)
Управление вектором магнитного потока — это более сложный тип преобразователя частоты, который используется в приложениях, требующих экстремального управления.Например, на бумажных фабриках необходимо очень точно контролировать скорость и силу растяжения.

Преобразователь частоты FVC всегда имеет какой-то контур обратной связи. Этот тип преобразователя частоты обычно не представляет особого интереса для насосов. Это дорого, и его преимуществами нельзя воспользоваться.

Влияние на двигатель
Индукция лучше всего работает при питании от источника чистого синусоидального напряжения. Чаще всего это происходит при подключении к надежному источнику питания от электросети.

Когда индукция подключена к преобразователю частоты, на него будет подаваться несинусоидальное напряжение — больше похожее на напряжение с прерванным квадратом. Если мы подаем 3-фазную индукцию с симметричным 3-фазным квадратичным напряжением, все гармоники, кратные трем, а также четные числа будут исключены из-за симметрии. Но остались цифры 5, 7 и 11, 13 и 17, 19 и 23, 25 и так далее. Для каждой пары гармоник меньшее число вращается в обратном направлении, а большее число — в прямом.

Скорость асинхронного двигателя определяется основным числом, или числом 1, из-за его сильного доминирования. Что теперь происходит с гармониками?

С точки зрения гармоник кажется, что индукция заблокировала ротор, что означает, что скольжение для гармоник составляет приблизительно 1. Это не дает никакой полезной работы. В результате в основном возникают потери в роторе и дополнительный нагрев. В частности, в нашем приложении это серьезный исход. Однако с помощью современных технологий можно устранить большую часть гармоник в индукционном токе, тем самым уменьшив дополнительные потери.

Преобразователь частоты до
Первые преобразователи частоты часто использовали простое прямоугольное напряжение для питания асинхронного двигателя. Они вызвали проблемы с нагревом, и индукция работала с типичным шумом, вызванным пульсацией крутящего момента. Намного лучшая производительность была достигнута за счет простого исключения пятого и седьмого. Это было сделано за счет дополнительного переключения сигнала напряжения.

Преобразователь частоты сегодня
В наши дни эта техника стала более сложной, и большинство недостатков остались в прошлом.Разработка быстрых силовых полупроводников и микропроцессора позволила адаптировать схему переключения таким образом, чтобы исключить большинство вредных гармоник.

Для преобразователей частоты среднего диапазона мощности (до нескольких десятков кВт) доступны частоты коммутации до 20 кГц. Индукционный ток с этим типом преобразователя частоты будет иметь форму синуса.

При высокой частоте коммутации индукционные потери остаются низкими, но потери в преобразователе частоты увеличиваются.Общие потери увеличиваются при чрезмерно высоких частотах переключения.

Некоторые основы теории двигателя
Производство крутящего момента в асинхронном двигателе можно выразить как

T = V * τ * B [Нм]

V = Активный объем ротора [м ³]
τ = ток на метр окружности отверстия статора
B = Плотность потока в воздушном зазоре

B = пропорционально (E / ω) = E / (2 * π * f)

ω = угловая частота напряжения статора
E = индуцированное напряжение статора

Для получения наилучших характеристик на различных скоростях становится необходимым поддерживать соответствующий уровень намагничивания для индукции для каждой скорости.

Диапазон различных характеристик крутящего момента показан на следующем рисунке. Для нагрузки с постоянным крутящим моментом соотношение V / F должно быть постоянным. Для нагрузки с квадратичным крутящим моментом постоянное соотношение V / F приведет к чрезмерно высокой намагниченности при более низкой скорости. Это приведет к излишне высоким потерям в стали и потерям сопротивления (I ² R).

Лучше использовать квадратное отношение V / F. Таким образом, потери в стали и потери I ² R снижаются до уровня, более приемлемого для фактического момента нагрузки.

Если мы посмотрим на рисунок, то обнаружим, что напряжение достигло своего максимума и не может быть увеличено выше базовой частоты 50 Гц. Диапазон выше базовой частоты называется диапазоном ослабления поля. Следствием этого является то, что уже невозможно поддерживать необходимый крутящий момент без увеличения тока. Это приведет к проблемам с нагревом того же типа, что и при нормальном пониженном напряжении от синусоидальной электросети. Скорее всего, будет превышен номинальный ток преобразователя частоты.

Работа в диапазоне ослабления поля
Иногда возникает соблазн запустить насос на частотах выше частоты промышленной сети, чтобы достичь рабочей точки, которая в противном случае была бы невозможна. Это требует дополнительной осознанности. Мощность на валу насоса будет увеличиваться в кубе скорости. Превышение скорости на 10% потребует на 33% больше выходной мощности. Грубо говоря, можно ожидать, что рост температуры увеличится примерно на 75%.

Тем не менее, есть предел тому, что мы можем выжать из индукции при превышении скорости.Максимальный крутящий момент индукции будет падать как функция 1 / F в диапазоне ослабления поля.

Очевидно, что индукция пропадет, если преобразователь частоты не сможет поддерживать ее с напряжением, которое соответствует необходимому крутящему моменту.

Снижение номинальных характеристик
Во многих случаях индукция работает на максимальной мощности от синусоидальной электросети, и любой дополнительный нагрев недопустим. Если такая индукция питается от какого-либо преобразователя частоты, то, скорее всего, она должна работать с меньшей выходной мощностью, чтобы избежать перегрева.

Нет ничего необычного в том, что преобразователь частоты для больших насосов мощностью более 300 кВт добавляет дополнительные индукционные потери в размере 25–30%. В верхнем диапазоне мощностей только некоторые преобразователи частоты имеют высокую частоту переключения: от 500 до 1000 Гц обычно для преобразователей частоты предыдущего поколения.

Чтобы компенсировать лишние потери, необходимо уменьшить выходную мощность. Мы рекомендуем общее снижение характеристик на 10–15% для больших насосов.

Поскольку преобразователь частоты загрязняет питающую сеть гармониками, энергокомпания иногда предписывает входной фильтр.Этот фильтр снижает доступное напряжение обычно на 5–10%. Следовательно, индукция будет работать при 90–95% номинального напряжения. Следствие — дополнительный нагрев. Может потребоваться снижение номинальных характеристик.

Пример
Предположим, что выходная мощность фактического двигателя насоса составляет 300 кВт при 50 Гц, а повышение температуры составляет 80 ° C при использовании синусоидальной электросети. Дополнительные потери в 30% приведут к нагреву на 30%. Консервативное предположение состоит в том, что повышение температуры зависит от квадрата мощности на валу.

Чтобы температура не превышала 80 ° C, необходимо уменьшить мощность на валу до

P _{уменьшенный} = √ (1 / 1,3) * 300 = 263 кВт

Уменьшение может быть достигнуто либо уменьшением диаметра рабочего колеса, либо снижением скорости.

Преобразователь частоты Потери
Когда определяется общий КПД системы преобразователя частоты, необходимо учитывать внутренние потери преобразователей частоты. Эти потери преобразователя частоты непостоянны, и их нелегко определить.Они состоят из постоянной части и части, зависящей от нагрузки.

Постоянные потери:
Потери при охлаждении (вентилятор охлаждения) — потери в электронных схемах и так далее.

Потери в зависимости от нагрузки:
Коммутационные потери и свинцовые потери в силовых полупроводниках.

На следующем рисунке показан КПД преобразователя частоты как функция частоты при кубической нагрузке для блоков мощностью 45, 90 и 260 кВт. Кривые характерны для преобразователей частоты в диапазоне мощностей 50–300 кВт; с частотой коммутации около 3 кГц и с IGBT второго поколения.

Влияние на изоляцию двигателя
Выходные напряжения современных преобразователей частоты имеют очень короткое время нарастания напряжения.

dU / dT = 5000 В / мкс — обычное значение.

Такой крутой наклон напряжения вызовет чрезмерное напряжение в изоляционных материалах индукционной обмотки. При малых временах нарастания напряжение в обмотке статора не распределяется равномерно. При синусоидальном источнике питания напряжение между витками индукционной обмотки обычно равномерно распределяется.С другой стороны, с преобразователем частоты до 80% напряжения будет падать на первом и втором витках. Поскольку изоляция между проводами является слабым местом, это может оказаться опасным для индукции. Короткое время нарастания также вызывает отражение напряжения в индукционном кабеле. В худшем случае это явление удвоит напряжение на индукционных клеммах. Индукция, подаваемая от преобразователя частоты на 690 вольт, может подвергаться воздействию напряжения до 1900 вольт между фазами.

Амплитуда напряжения зависит от длины индукционного кабеля и времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение происходит в кабеле длиной от 10 до 20 метров.

Для обеспечения работы и длительного срока службы двигателя абсолютно необходимо, чтобы обмотка была адаптирована для использования с преобразователем частоты. Индукторы для напряжений выше 500 вольт должны иметь усиленную изоляцию. Обмотка статора должна быть пропитана смолой, обеспечивающей изоляцию без пузырьков или полостей.Тлеющие разряды часто начинаются вокруг полостей. Это явление в конечном итоге приведет к разрушению изоляции.

Есть способы защитить двигатель. Помимо усиленной системы изоляции, может потребоваться установка фильтра между преобразователем частоты и индукцией. Такие фильтры можно приобрести у большинства известных поставщиков преобразователей частоты.

Фильтр обычно замедляет время нарастания напряжения от

dU / dT = от 5000 В / мкс до 500-600 В / мкс

Выход из строя подшипника
Поломка вращающегося оборудования часто может быть связана с поломкой подшипника.Помимо чрезмерного нагрева, недостаточной смазки или усталости металла, электрический ток через подшипники может быть причиной многих загадочных поломок подшипников, особенно при больших индукциях. Это явление обычно вызвано несимметрией магнитной цепи, которая индуцирует небольшое напряжение в структуре статора, или током нулевой последовательности. Если потенциал между конструкцией статора и валом становится достаточно высоким, через подшипник будет происходить разряд.Небольшие электрические разряды между телами качения и дорожкой качения подшипника в конечном итоге могут повредить подшипник.

Использование преобразователей частоты увеличивает вероятность отказа подшипников такого типа. Технология переключения современного преобразователя частоты вызывает появление тока нулевой последовательности, который при определенных обстоятельствах проходит через подшипники.

Самый простой способ вылечить эту проблему — воздвигнуть препятствие для тока. Обычный метод заключается в использовании подшипника с изолирующим покрытием на наружном кольце.

Выводы
Использование преобразователя частоты не означает беспроблемного использования. Много вопросов, на которые нужно обратить внимание при проектировании. Будет ли необходимо, например, ограничивать доступную мощность на валу для предотвращения чрезмерного нагрева? Во избежание этой проблемы может оказаться необходимым работать с меньшей выходной мощностью.

Будет ли изоляция асинхронного двигателя сопротивляться воздействию инвертора? Нужна ли фильтрация? Современные эффективные инверторы оказывают пагубное влияние на изоляцию из-за высокой частоты переключения и короткого времени нарастания напряжения.

Какую максимальную длину кабеля можно использовать без полного отражения напряжения? Амплитуда напряжения зависит как от длины кабеля, так и от времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение будет происходить в кабелях длиной от 10 до 20 метров.

Можно ли использовать изолированные подшипники, чтобы предотвратить попадание тока нулевой последовательности в подшипники?

Только когда мы решим все эти вопросы, мы сможем принимать правильные решения относительно использования преобразователя частоты.

Wiki — Преобразователь частоты

Ответ прост: масса и объем. Более высокая частота означает уменьшение количества материала (и, следовательно, объема / массы) трансформаторов и вращающихся машин.

Практический предел составляет около 400 Гц — намного выше, а магнитные компоненты становятся довольно загадочными, чтобы минимизировать потери. У них также начнутся проблемы с первичными двигателями и / или помехами в диапазонах VHF / UHF для целей связи.

В небольшой системе, такой как самолет, приоритет отдается уменьшению веса системы, поэтому более высокая частота, например, 400 Гц (ограничена потерями). Удельная мощность машины может быть увеличена либо за счет увеличения крутящего момента / скорости, но для увеличения крутящего момента требуется больший объем … поэтому генераторы с турбинным приводом в аэрокосмической отрасли всегда работают со скоростью несколько килограмм в минуту.

Насколько мне известно, снижение пускового тока за счет изменения конструкции трансформатора (низкая магнитная индукция или повышенное сопротивление) незначительно.Полное сопротивление утечки в% не снижает бросок тока, а снижает только индуктивность воздушного сердечника обмотки под напряжением. Пусковой ток = (пик фазного напряжения / импеданса, состоящий из индуктивности воздушного сердечника + сопротивления обмотки) x фактор, основанный на плотности потока. Это мой почти полувековой опыт работы проектировщиком трансформаторов. В классических трансформаторах (см. Стр. 37 Transformer Engineering — LF Blume of GE, 1951), где обсуждаются меры по снижению пускового тока, никогда не предлагается вышеуказанный тип конструктивных изменений в качестве решения.В таких текстах упоминается предварительная зарядка и т. Д., Но сегодня управляемое переключение является принятым решением для снижения пусковых токов.

Некоторые факты о современных силовых трансформаторах в сравнении с трансформаторами 30-40 лет назад. Это может противоречить записям в старых учебниках по трансформаторам.

Все крупные системы электроснабжения (размером с города-электросети) должны иметь реле частоты и напряжения для снижения нагрузки, когда система начинает колебаться (когда генерация и нагрузка не сбалансированы).Это сделано, чтобы попытаться согласовать нагрузку и генерацию. Я живу на западе США, я видел крупномасштабные падения нагрузки (большие части городов, влияющие на миллионы клиентов) из-за крупных отключений линий электропередачи, которые вызвали несоответствие генерации и нагрузки, вызывая колебания напряжения и частоты, которые, в свою очередь, отключили нагрузки (реле повышенной и пониженной частоты и напряжения). Это крупномасштабное падение нагрузок (при разных частотах и напряжениях, выполняемое поэтапно), наконец, согласовало генерацию с нагрузками и стабилизировало систему.В зависимости от размера вашей системы, ступени реле частоты и напряжения, подключенные к большинству распределительных цепей, могут помочь предотвратить полный крах вашей системы электроснабжения.

Входная схема большинства статических преобразователей частоты представляет собой трехфазный диодный выпрямительный мост с конденсаторным фильтром. Входной ток такой схемы состоит на каждой входной фазе из импульсов тока, которые заряжают накопительный конденсатор, как показано на следующем рисунке.Таким образом, входной ток представляет собой искаженную форму волны тока с основной составляющей на частоте питания, но со значительным содержанием гармоник.

Потребляемый входной ток по существу не зависит от выходной частоты преобразователя, поскольку мгновенная мощность, потребляемая статическим преобразователем частоты, является постоянной, и поэтому ток, требуемый от входа для зарядки конденсатора на шине постоянного тока, является постоянным.

Обратите внимание на внутренние компоненты преобразователя частоты, находящиеся под высоким напряжением. Только квалифицированные электрики могут обслуживать преобразователь частоты и устранять неисправности.Выключите преобразователь частоты, прежде чем приступить к процедурам поиска и устранения неисправностей, если устранение неисправностей в реальном времени не требуется. Преобразователи частоты

ГГц не требуют ежедневного обслуживания, но регулярное обслуживание имеет больший срок службы, а время обслуживания соответствует условиям окружающей среды.

Профилактические меры:

Не ставьте жидкие предметы на верхнюю часть преобразователя частоты.
Если преобразователь частоты установлен в суровых условиях, например, при ветре и пыли, уделяйте больше внимания чистке преобразователя частоты или выполняйте более частое техническое обслуживание.

Для достижения высокой эффективности, отличной управляемости и энергосбережения в приложениях, связанных с промышленными асинхронными двигателями, необходимо использовать системы регулируемых преобразователей частоты. Система преобразователя частоты в настоящее время представляет собой двигатель переменного тока, питаемый от статического преобразователя частоты. Современный преобразователь частоты отлично подходит для двигателей переменного тока и прост в установке. Однако одна важная проблема связана с несинусоидальным выходным напряжением.Этот фактор вызвал массу нежелательных проблем. Повышенные потери в асинхронном двигателе, шум и вибрация, вредное воздействие на систему индукционной изоляции и выход из строя подшипников являются примерами проблем систем, связанных с преобразователями частоты. Повышенные индукционные потери означают снижение выходной мощности индукции для предотвращения перегрева. Лабораторные измерения показывают, что повышение температуры может быть на 40% выше при использовании преобразователя частоты по сравнению с обычными источниками питания. Постоянные исследования и совершенствование преобразователей частоты помогли решить многие из этих проблем.К сожалению, кажется, что решение одной проблемы акцентировало внимание на другой. Снижение потерь в индукции и преобразователе частоты ведет к увеличению вредного воздействия на изоляцию. Производители индукционных устройств, конечно, знают об этом. На рынке начинают появляться новые индукционные конструкции (инверторно-резистивные двигатели). Лучшая изоляция обмотки статора и другие конструктивные улучшения гарантируют, что асинхронные двигатели будут лучше адаптированы для применений с преобразователями частоты. 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!

Экономия энергии, которая может быть значительной, — 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.

В основном это нагрузки двигателя, для трехфазных асинхронных двигателей изменение напряжения на заводской табличке двигателя должно быть в пределах плюс или минус 10%, а колебания частоты на паспортной табличке двигателя должны быть в пределах плюс или минус 5%. Комбинированное изменение напряжения и частоты должно быть ограничено арифметической суммой 10%.Что важно, так это отношение плотности потока, которое представляет собой отношение линейного напряжения к линейной частоте. Если двигатель 415 В 50 Гц с FDR 8,3 Гц должен был работать на 460 В 60 Гц с FDR 7,66 Гц, это было бы нормально, поскольку отклонение в процентах составляет 8,35, что ниже 10% допустимого арифметического отклонения.

Для вентиляторов посмотрите на кривую вентилятора. При переключении с 50 Гц на 60 Гц скорость вращения вентилятора увеличивается, и для этого требуется больше мощности, чем может обеспечить двигатель. Это вполне может подтолкнуть вентилятор к перегрузке.Вентиляторы обычно имеют размер, очень близкий к доступной мощности двигателя, и имеют небольшой запас прочности. Многим приходится переходить на вентилятор с меньшим шагом, чтобы работать на более высокой скорости. Достаточно просто сделать заранее, но не так, если вы узнаете о перегорании двигателя.

Для небольших хобби-приложений или основных сельскохозяйственных требований, когда вы просто хотите получить небольшой трехфазный источник питания для токарного станка, дрели, приводного ремня и т. Д., Существует базовое устройство, называемое статическим преобразователем частоты.Если вы посмотрите это в Google, вы получите много просмотров. Попробуйте поискать изображения в Google, и вы увидите, что происходит внутри. Вам необходимо знать мощность или номинальную мощность двигателя, чтобы определить правильные конденсаторы. Это низкая стоимость и простота. Это может привести к небольшому нагреву двигателя из-за плохой балансировки фаз и ограничению мощности, которую вы можете получить от двигателя. На рынке представлено множество недорогих устройств.

Для более крупных приложений вам, вероятно, потребуется использовать линейку вращающихся преобразователей (где однофазный двигатель управляет трехфазным генератором) или более сложную конструкцию инвертора, использующую тиристоры и сложную электронику.Очевидно, что они будут иметь возрастающую сложность и связанные с этим затраты.

Преобразователь частоты может быть отличным способом сэкономить деньги для вашего бизнеса, связанного с двигателями. Если на ваших предприятиях много асинхронных двигателей или используются двигатели более старого типа, преобразователь частоты может повысить эффективность ваших предприятий и сэкономить для вас деньги.

Использование преобразователей частоты для регулирования скорости таких устройств, как насосы, вентиляторы и компрессоры, не является новшеством.Однако новые технологии в этих устройствах снизили их стоимость, что сделало их более привлекательными для самых разных применений. Существует большой потенциал для экономии энергии за счет использования большего количества регуляторов частоты для асинхронных двигателей.

Статический преобразователь частоты означает, что внутри него нет вращающихся частей — также называемый твердотельным — определение относится к преобразователю частоты вращения, который использует электродвигатель для вывода регулируемой частоты.

Статический преобразователь частоты преобразует фиксированную мощность сети через переменный ток в постоянный в переменный с помощью внутренних электронных частей и компонентов, многофункциональный инвертор преобразует сеть (50 Гц или 60 Гц, 120 В, 240 В, 400 В) через схему преобразования и преобразует в требуемую источник питания напряжения и частоты, выходной источник питания может имитировать международные стандарты энергосистемы. Введите одно- или трехфазное питание переменного тока, преобразуйте переменный ток в постоянный, постоянный в переменный, на выходе будет стабильная чистая синусоида, а также можно выдавать 400 Гц в авиастроении.

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователь частоты изменяет частоту и величину выходного напряжения для изменения скорости, мощности и крутящего момента подключенного асинхронного двигателя в соответствии с условиями нагрузки. Типичный преобразователь частоты состоит из трех основных частей:

Выпрямитель Промежуточная цепь / шина постоянного тока Инвертор

Вы можете заметить, что рисунок выглядит подозрительно похожим на рисунок для ИБП с двойным преобразованием. Фактически, основное различие между ними заключается в том, что элементы управления секцией инвертора в ИБП пытаются поддерживать постоянное выходное напряжение и частоту независимо от выходного тока, в отличие от изменения напряжения и частоты с обычно согласованным выходным током для ускорения или замедления нагрузка на двигатель.Следовательно, преобразователи частоты обычно рассчитываются с точки зрения максимального выходного тока, а ИБП — с точки зрения выходной мощности.

Хотя точная конфигурация каждой секции преобразователя частоты может варьироваться от производителя к производителю, основная структура остается неизменной. Выпрямительная секция состоит из набора быстродействующих переключателей, которые преобразуют поступающее переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение. Промежуточная цепь состоит из шины постоянного тока и связанной с ней схемы для стабилизации и сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя.Напряжение на шине постоянного тока примерно в 1,414 раза больше, чем входящее напряжение переменного тока, в зависимости от типа конструкции. Это напряжение на шине постоянного тока поступает в инверторную секцию, которая синтезирует выходное синусоидальное напряжение переменного тока из напряжения на шине постоянного тока.

Выходной сигнал секции инвертора представляет собой не истинную синусоидальную волну, а приближение, основанное на принципах широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая является преобладающей технологией инверторов. Множество быстродействующих переключателей в секции инвертора вырабатывает импульсы напряжения с постоянной величиной, пропорциональной напряжению на шине постоянного тока.В 3-фазном преобразователе частоты имеется шесть переключателей с парой переключателей для каждой фазы. В каждой паре переключателей один переключатель генерирует положительную составляющую синусоидальной волны, а второй генерирует отрицательную составляющую синусоидальной волны из напряжения на шине постоянного тока. Чем дольше переключатель находится в положении «включено», тем выше выходное напряжение; и наоборот, чем дольше переключатель находится в выключенном состоянии, тем ниже выходное напряжение. Эта длительность включения для каждого импульса называется шириной импульса. Длительность / интервалы этих положительных и отрицательных импульсов постоянного напряжения определяют синтезируемые выходное напряжение и частоту переменного тока.

Скорость, с которой эти переключатели могут включаться и выключаться, называется несущей частотой. Когда несущая частота увеличивается, соответствующий выходной сигнал может иметь гораздо более высокое разрешение, что приводит к более плавной форме выходного сигнала с меньшими колебаниями / искажениями. Такой более плавный выход может улучшить характеристики крутящего момента двигателя на низкой скорости и уменьшить слышимый шум от ламинирования двигателя. Кроме того, более быстрое переключение может улучшить управляемость выходного сигнала инвертора с соответствующим улучшенным динамическим откликом.

В старых конструкциях инверторов в качестве переключающих компонентов обычно использовались кремниевые выпрямители (SCR) или биполярные переходные транзисторы (BJT). SCR могут работать в диапазоне от 250 до 500 Гц, а BJT могут работать в диапазоне от 1 до 2 кГц. Большинство современных преобразователей частоты используют биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) для секции инвертора. БТИЗ могут включаться и выключаться с гораздо более высокой частотой, до 20 кГц. Более высокие несущие частоты, связанные с IGBT, предлагают некоторые ключевые преимущества по сравнению с более старыми инверторами SCR и BJT, но также имеют серьезный компромисс, который будет обсуждаться позже.

БТИЗ обычно не используются во внешних интерфейсах выпрямителя преобразователя частоты. В выпрямителях с преобразователем частоты обычно используются тиристоры или аналогичные компоненты с более медленным переключением. Преимущество тиристоров в том, что их более простая конструкция более надежна при переменном качестве входного напряжения и имеет относительно низкую стоимость. Однако, как уже упоминалось, более высокая несущая частота IGBT на инверторе может вызвать проблемы, так же как и более низкая частота SCR на входе выпрямителя. Эти более низкие частоты переключения на входе могут вызвать чрезмерные гармонические искажения в источнике напряжения.В зависимости от величины общих гармонических искажений, вносимых преобразователем частоты, и того, какие другие нагрузки (освещение, компьютеры и т. Д.) Используют ту же услугу, может потребоваться смягчение в соответствии с IEEE 519-1992. Некоторого смягчения можно добиться, используя 12-пульсный инвертор вместо 6-пульсного, или добавляя линейные дроссели или зигзагообразный трансформатор со сдвигом фаз, используемый для изоляции привода.

Частотный преобразователь

Для чего нужен частотный преобразователь?

Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту

Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?

Принцип работы частотного преобразователя

С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?

Схема частотного преобразователя

Частотный преобразователь: полный обзор функций частотника

Классификация преобразователей частоты

Особенности устройства преобразователя частоты

Принципы функционирования частотного преобразователя

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Как и где следует применять частотный преобразователь

Тонкости выбора частотного преобразователя

Самостоятельная сборка преобразователя

Схема сборки

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Уход за преобразователем

Как работает частотник? Принцип работы преобразователя.

Состав, конструкция схема

Характеристика

Низковольтный ПЧ на IGB транзисторах.<img src='/800/600/https/ae01.alicdn.com/kf/HLB1h0ARK4jaK1RjSZFAq6zdLFXa0/0-75kw-220V-Single-to-3-phase-Variable-Frequency-Converter-Speed-Controller.jpg' /> Устройство, особенности

Вывод

Принцип работы частотного преобразователя

Преимущества использования частотных преобразователей

Преобразователь частоты: описание и применение

Преобразователь частоты: вся информация об устройстве

Рекомендации по покупке частотных преобразователей

Преобразователь частоты: описание и применение

Преобразователь частоты: вся информация об устройстве

Рекомендации по покупке частотных преобразователей

Что такое преобразователь частоты — Часто задаваемые вопросы о преобразователе частоты

Вернуться к началу

| Авиация, морские перевозки и многое другое

Авиация Преобразователи частоты

Marine Преобразователи частоты

Промышленные преобразователи частоты

Что такое преобразователь частоты?

Зачем нужен преобразователь частоты?

Дополнительные преимущества преобразователей частоты

Анализировать систему в целом

Внутренняя конфигурация преобразователя частоты

| Узнайте, как легко конвертировать частоту

Что такое преобразователь частоты?

Что такое частота?

Что такое резонансная частота?

Что такое относительная частота?

мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц).

Как рассчитать частоту волны?

Как работает преобразователь частоты?

Пример

Преобразовать мегагерцы в гигагерцы

мегагерцы в гигагерцы формула

Пример

Как использовать преобразователь частоты?

Основы преобразователя частоты

Wiki — Преобразователь частоты

Что такое преобразователь частоты?

Добавить комментарий Отменить ответ

Низковольтный ПЧ на IGB транзисторах. Устройство, особенности

Авиация
Преобразователи частоты

Marine
Преобразователи частоты