Автор: Иван Соколов 
Время прочтения: 7 мин.
Преобразователь частоты – это электронное устройство, которое регулирует амплитуду напряжения и частоту переменного тока, подаваемого на асинхронный электродвигатель.
|
|
Основные функции и цели применения:
- плавный пуск и остановка. Исключает резкие броски тока и механические удары, продлевая срок службы двигателя и всего привода (насоса, конвейера, вентилятора);
- энергосбережение. Главное преимущество для насосов и вентиляторов. Снижение скорости всего на 20% дает экономию электроэнергии до 50%;
- точное регулирование технологических параметров: давление в системе, расход, уровень, скорость конвейера;
- управление моментом на валу для сложных применений (подъемные механизмы, станки).
Что предотвращают ПЧ:
- перегрузки и перегрев электродвигателя;
- гидравлические удары в трубопроводах (у насосов);
- механические поломки редукторов, муфт, ремней;
- простои оборудования из-за аварийных остановок.
Частотные регуляторы состоят из следующих устройств:
- инвертор создает переменное напряжение нужной амплитуды. Именно он, управляя ключевыми транзисторами, генерирует трехфазное «квази-синусоидальное» напряжение для электродвигателя, обеспечивая его плавный пуск и регулировку скорости;
- неуправляемый выпрямитель (в большинстве ПЧ) служит в частотном преобразователе первой ступенью, отвечая за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное;
- фильтр напряжения: используется для сглаживания постоянного напряжения, выходящего из выпрямителя, которое имеет значительные пульсации, полученные из-за особенностей принципа получения постоянного напряжения из переменного;
- система на основе микропроцессора: принимает и обрабатывает сигналы с датчиков, взаимодействует с автоматизированной системой более высокого уровня, записывает и сохраняет информацию о событиях, генерирует выходное напряжение преобразователя соответствующей частоты. Выполняет функции защиты от перегрузки, обрыва фазы и других аварийных режимов работы.
Рис. 1. Структура частотного регулятора
Виды частотных преобразователей
Преобразователи частоты электронного типа дают возможность плавно регулировать скорость асинхронных и синхронных машин одним из двух принципов:
- скалярное управление электродвигателем: действует по линейному закону, по которому частота и амплитуда пропорциональны друг другу (для равномерного момента нагрузки их соотношение должно быть постоянным);
- векторное управление асинхронным двигателем: поддерживает постоянный вращающийся момент нагрузки во всем диапазоне частот, тем самым повышая точность управления, привод приспосабливается к изменениям выходной нагрузки, в результате чего крутящий момент двигателя напрямую регулируется преобразователем.
В передовых моделях преобразователей частоты выполняется возможность управления следующими режимами:
- ручное управление. Запуск и останов двигателя осуществляется при помощи панели или же пульта управления частотного преобразователя (в аварийных ситуациях регулировка скорости и останов происходит автоматически);
- внешнее управление. Для контроля характеристик и определения режимов работы, частотно регулируемый привод с поддержкой интерфейсов передачи данных может быть подключен к системе АСУ ТП верхнего уровня;
- дискретные входы или же «сухой контакт». В данном режиме к преобразователю частоты можно подключить внешние датчики для управления процессами автоматизированной системы;
- управление событием. Возможность программирования времени пуска или же останова, а также работу мотора в другом режиме.
Принцип работы частотного преобразователя
Работа частотного регулятора объединяет в себе несколько этапов:
- Выпрямление сетевого напряжения входными диодными блоками.
- Сглаживание и фильтрование напряжения через LC-фильтр.
- С помощью инвертора происходит преобразование из постоянного напряжения в переменное с определенными параметрами.
- Прямоугольные импульсы на выходе интегрируются и в конечном итоге преобразуются в почти синусоидальное напряжение.
Рис. 2. Схема принципа работы частотного преобразователя
Таким образом, при частотном регулировании напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем инвертируется в переменное требуемой частоты.
Подключение преобразователя частоты к электродвигателю
Крайне важно придерживаться правильного подключения преобразователя к электродвигателю.
Для этого ниже представлены шаги для того, чтобы сделать все правильно и не допустить ошибок.
Шаг 1: Проверка соответствия и обеспечение безопасности
Прежде чем приступить к монтажу, необходимо выполнить две ключевые процедуры. Во-первых, нужно убедиться, что модель преобразователя частоты полностью соответствует параметрам электродвигателя и проектной задаче. Речь идет о номинальном напряжении, мощности, токе и диапазоне частот. Использование неподходящего оборудования – прямой путь к его преждевременному отказу.
Во-вторых, обязательно должна быть обеспечена защита цепи. Для этого непосредственно перед частотным преобразователем в разрыв питающей сети устанавливается автоматический выключатель. Он служит для защиты от токов короткого замыкания и длительных перегрузок, предотвращая возгорание и повреждение компонентов системы.
Шаг 2: Выбор и реализация схемы силового подключения
Самый ответственный момент – подключение силовых выходов преобразователя к клеммам электродвигателя. Существует две принципиально разные схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». От выбора одной из них зависят эксплуатационные характеристики всего привода.
Схема «звезда» предполагает, что концы всех трех обмоток двигателя соединены в одной общей точке подробнее на рисунке 3. Такое подключение является наиболее распространенным для трехфазных сетей. Его ключевое преимущество — плавный и мягкий пуск двигателя, что снижает механические нагрузки на привод и исполнительный механизм.
Рис. 3. Схема подключения частотного преобразователя
для трехфазного электродвигателя по схеме «Звезда»
В отличие от нее, схема «треугольник» организуется путем последовательного соединения обмоток: конец одной обмотки соединяется с началом следующей, формируя замкнутый контур. Главным достоинством этой схемы является возможность полной реализации мощности электродвигателя, особенно часто используется при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети с напряжением 220 вольт.
Рис. 4. Схема подключения однофазного частотного преобразователя
к электродвигателю по схеме «Треугольник»
Таким образом, процесс подключения частотного преобразователя выходит далеко за рамки простой инструкции по соединению клемм. Это комплекс мероприятий, начинающийся с проверки совместимости оборудования и установки защитной аппаратуры и завершающийся стратегическим выбором схемы подключения.
