Преобразователь в электроприводе предназначен для

12 важных вопросов о выборе преобразователя частоты

Преобразователи частоты (ПЧ) – один из основных элементов комплексных решений для энергетических и промышленных проектов. Современные частотные преобразователи – это продукт высоких технологий, они выпускаются с применением новейших разработок и способны не только управлять скоростью вращения электродвигателя, но и защищать электропривод от преждевременного выхода из строя, обеспечивать контроль множества параметров во время его работы. Грамотно выбрать преобразователь частоты, сориентировавшись в многообразии предложений – задача сложная и ответственная, ведь от принятого решения зависит стабильность производственных процессов. Разобраться со всеми тонкостями выбора поможет наша статья. Статья состоит из трех частей. Здесь вы можете прочитать часть 2 и часть 3.

Часть 1. Зачем нужен преобразователь частоты?

Частотный преобразователь – незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели. Он обеспечивает плавный пуск, непрерывное автоматическое регулирование скорости и момента во время работы и множество других параметров работы электродвигателя. В ряде применений преобразователи обеспечивают снижение потребления электроэнергии до 50%. Современные ПЧ с широтно–импульсной модуляцией (ШИМ) способны снижать пусковые токи в среднем в 4-5 раз и выдерживать перегрузки до 200%. На сегодняшний день в Интернете можно найти большое количество рекомендаций и советов по подбору ПЧ, однако в большинстве случаев они являются общими, неконкретными и никак не применимы на практике. Как же сориентироваться в огромном количестве критериев и выбрать «свое» оборудование? Рекомендации дают специалисты IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехнического оборудования: Артем Мошечков (ведущий инженер) и Петр Ивлев (специалист по техническому обучению Академии IEK GROUP).
Зачем устанавливать и использовать преобразователь частоты?
Артем Мошечков: – Данное оборудование решает сразу несколько задач: управляет скоростью вращения электродвигателя, защищает его и в определенных режимах обеспечивает энергосбережение. ПЧ снижает слишком большой пусковой ток и момент, исключая удары, рывки и повышенные механические нагрузки на привод. Также преобразователь частоты позволяет защищать электродвигатель при коротком замыкании, страхует при отклонениях от номинального напряжения сети, контролирует температуру механизма, не допускает перегрева. Таким образом ПЧ обеспечивает более длительную и надежную работу привода, минимизирует затраты на обслуживание и ремонт. Кроме того, в определенных сферах применения и режимах работы преобразователь частоты снижает потребление электроэнергии на 30-50%.
Есть задача: выбрать и купить преобразователь частоты. С чего начать?
Петр Ивлев: – Модельный и функциональный ряд современных преобразователей частоты предлагает множество вариантов для решения широкого спектра задач. От самых простых до обеспечивающих управление сложнейшими автоматизированными электроприводами. Существует несколько основных критериев, основываясь на которых следует принимать решение о выборе той или иной модели частотного преобразователя. Чтобы подобрать нужный вариант ПЧ, необходимо прежде всего определиться: для каких именно целей выбирается оборудование, какие конкретные задачи оно должно выполнять. Разумеется, необходимо знать основные характеристики электродвигателя, для управления которым необходим ПЧ, и условия эксплуатации. Современные серии преобразователей частоты включают до нескольких десятков моделей. Например, в линейке CONTROL-L620 IEK ® , выведенной на рынок нашей компанией в 2017 году, представлено оборудование от 0,75 до 560 киловатт. В «семействе» CONTROL-А310 IEK ® диапазон мощностей — до 22 киловатт, при этом уже с 11 киловатт есть возможность изготовить преобразователь со встроенным дросселем постоянного тока, что продлевает срок службы преобразователя. Номинальные напряжения – 220 и 380 В.

ПЧ CONTROL-L620 IEK ®

ПЧ CONTROL-A310 IEK ®

Такой бренд как ONI ® предлагает сразу четыре марки частотных преобразователей: ONI-А400, ONI-М680, ONI-A650 и ONI-К800 – в диапазоне мощностей от 0,4 до 132 кВт.

A400 ONI ® «Компактный»

M680 ONI ® «Универсальный»

A650 ONI ® «Специализированный»

K800 ONI ® «Мощный»

Мощность, номинальный ток, напряжение питающей сети: как сориентироваться в этих параметрах?
Петр Ивлев: – Указанные критерии очень важны для оптимальной работы оборудования. Мощность ПЧ должна быть либо равна мощности двигателя, либо превышать ее. В случаях «тяжелого» применения, с высокими пусковыми нагрузками, допускается, чтобы мощность преобразователя была выше на одну, реже – на две ступени. Современные преобразователи частоты имеют большой диапазон мощности. Опять же обратимся к конкретным примерам оборудования: в линейке серии CONTROL-A310 представлены модели с мощностью от 0,4 до 22 кВт в режиме HD и от 0,75 до 22 кВт в режиме ND. Преобразователи частоты CONTROL-L620 поддерживают мощность в режиме HD от 0,75 до 500 кВт, в режиме ND — от 1,5 до 560 кВт. Есть более «узкий» разбег: например, ПЧ линейки ONI-А400 работают в пределах мощности от 0,2 до 3,7 кВт. Следующий критерий – номинальный ток. Электропривод не работает в идеальном режиме, всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Поэтому наряду с мощностью при выборе ПЧ обращают внимание на номинальный ток электродвигателя и преобразователя частоты – рабочее значение данного параметра у ПЧ берется либо с запасом относительно номинального тока двигателя, либо номинал в номинал. Это делается для того, чтобы обезопасить электропривод от возможных перегрузок. Если говорить о напряжении питающей сети, то самыми распространенными моделями, которые используются на производстве, в ЖКХ и прочих сферах народного хозяйства, являются преобразователи напряжения 220 и 380 В. Напомню: значение данного параметра питающей сети и электродвигателя должно быть одинаковым.
Какой преобразователь частоты лучше – однофазный или трехфазный?
Артем Мошечков: – В Интернете можно прочитать, что однофазный преобразователь частоты обладает менее широким спектром возможностей, но это не так. Он способен решать все поставленные задачи. На вход инвертора такого ПЧ подается однофазное напряжение соответствующей сети, которое на выходе формируется в трехфазное с частотой от 0 до 400 и выше Гц. Таким образом, при помощи однофазного ПЧ можно подключить обычный асинхронный трехфазный двигатель к однофазной сети. Для этого требуется подключить двигатель к преобразователю, правильно скоммутировав обмотки двигателя (на напряжение 220 В). Такие преобразователи частоты есть в «семействе» ONI – это серия А400, которая предназначена для управления асинхронными двигателями в системах небольшой мощности, но с большими перегрузками. Трехфазные преобразователи частоты более распространены, они преобразуют напряжение трехфазной промышленной сети и регулируют большое количество параметров электродвигателя. Примеры оборудования: CONTROL-A310 IEK ® , CONTROL-L620 IEK ® , ONI-А400, ONI-М680, ONI-A650 и ONI-К800. Если у вас остались вопросы, всегда можно обратиться за консультацией к специалистам Академии IEK GROUP по телефону +7 (495) 542 22 22 или электронной почте sdo@iek.ru, а также в техническую поддержку IEK GROUP по телефону +7 (495) 542 22 27 (с 9-00 до 17-30 мск, кроме выходных) или по электронной почте helptd@iek.ru.

• Telegram
• Вконтакте
• YouTube
• Яндекс.Дзен

Что такое частотник и зачем он нужен?

Частотный преобразователь – это специализированное электротехническое оборудование, которое предназначено для регуляции частоты переменной разницы потенциалов электрического тока. Принцип работы оборудования этого типа основан на изменении скорости движения магнитного поля относительно частоты питающего напряжения.

Электродвигатели асинхронного типа эксплуатируются почти во всех сферах деятельности человека: в промышленной аппаратуре, насосах, металло- и деревообрабатывающих установках, вентиляторах и т.д., и отличаются несколькими существенными недостатками – перманентной скоростью вращения и большими пусковыми токами. Преобразователь напряжения – это оборудование, которое способно устранить минусы асинхронных электродвигателей и расширить их область применения.

Что такое частотный преобразователь?

Преобразователь частоты – это аппаратура, позволяющая изменять исходную частоту в достаточно широком диапазоне. Электрическая схема оборудования включает в себя два основных структурных элемента:

• силовой – функционирует благодаря тиристорам или транзисторам, работающим в режиме электроключей;
• управляющий – работает за счет цифровых микропроцессоров.

Основная задача управляющего элемента заключается в регуляции деятельности силовой части и выполнении дополнительных функций: контроля, защиты и диагностики.

Виды преобразователей напряжения

В зависимости от конструктивных особенностей, принципа действия и типа управления выделяют несколько вариантов частотников. По конструкции частотные преобразователи могут быть:

• Индукционными. Устройства представляют собой двигатели переменного тока в режиме генератора. Эксплуатируют установки довольно редко в случаях, когда нет возможности использовать электронные приборы.
• Электронными. Аппаратура состоит из силовой и управляющей частей, и эксплуатируется в одно- и трехфазных приводах. Электронные преобразователи в зависимости от принципа действия могут быть непосредственно связаны с сетью питания и иметь в конструкции промежуточное звено постоянного тока.

Непосредственный электронный частотник – это приспособление, которое подключается к питающей сети. В конструкции оборудования предусмотрено наличие быстродействующих тиристоров – преобразователи включаются по одной из следующих схем: мостовая, нулевая или встречно-параллельная. К преимуществам непосредственных преобразователей частоты относятся возможность увеличения мощности при подключении нескольких приборов этого типа и обеспечение стабильной работы оборудования даже на низких скоростях.

Частотные преобразователи с промежуточным элементом неизменного электрического тока предполагают двойное преобразование разницы потенциалов: из сетевого напряжения — в постоянное, из постоянного – в переменное с заданной частотой. Среди достоинств оборудования: возможность эксплуатации в электроприводах любого типа и разные схемы регуляции.

Для чего нужен частотный преобразователь?

Использование частотных преобразователей дает возможность существенно снизить расходы благодаря уменьшению потребления электроэнергии, затрат на ремонтные работы и техническое обслуживание аппаратуры, возможности эксплуатации более бюджетных вариантов асинхронных двигателей. Приобретение частотника – это выгодное решение, так как оборудование окупается в среднем за три года. Преобразователи частоты используются в следующих сферах:

• Краны и грузоподъемная аппаратура. Работа оборудования этого типа сопровождается постоянным изменением нагрузки, частыми запусками и остановками. Преобразователи частоты предотвращают рывки при запуске установок, уменьшают уровень нагревания электродвигателя и обеспечивают остановку кранов в конкретном месте.
• Нагнетательные вентиляторы. Регуляция функционирования оборудования дает возможность провести автоматизацию процесса горения с обеспечением максимальной эффективности работы агрегатов котельной.
• Транспортерная и конвейерная техника. Регулятор частоты увеличивает срок эксплуатации механических узлов благодаря регуляции скорости перемещения оборудования без сильных рывков и ударов.
• Насосные установки. Повышение эффективности работы системы водоподачи при внедрении частотного преобразователя заключается в отсутствии необходимости использования задвижек и вентилей для регуляции давления.
• Оборудование с электродвигателями. Частотник может заменить коробку передач, обеспечивая плавное изменение частоты вращения рабочей детали установок. Чаще всего частотные преобразователи применяются для регуляции работы высокоточных промышленных станков.

Основным назначением частотного преобразователя считается оптимизация производства и увеличение срока эксплуатации подключенного к нему оборудования. Также снижается вероятность аварий и аномальной работы электродвигателей.

Подпишитесь на рассылку новостей:

Преобразователи электрической энергии

Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые и управляемые . В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота — могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические) . Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

Силовые модули IGBT разработаны как устройства переключения напряжения и тока для силовых преобразователей, применяемых в приводах с регулируемой скоростью для управления двигателем, ИБП (источниках бесперебойного питания), ветровой и фотоэлектрической генерации и т. д.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости — диодах.

Управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах — тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления тиристорами.

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные — нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части — на мостовые и с нулевым выводом.

Инвертором называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока, реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как источник ЭДС.

Автономные инверторы тока (АИТ) имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Лабораторный преобразователь частоты

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Промышленный преобразователь частоты для управления электроприводом

Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Наибольшее распространение получил широтноимпульсный способ модуляции , при котором изменяется длительность импульсов напряжения при неизменной частоте их следования.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое преобразователь частоты и для чего он нужен?

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

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

Что может привести к неисправности?

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

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

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

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

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

Почему без преобразователя не обойтись? Главные преимущества его использования

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

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

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

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

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

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

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

Классификация частотных преобразователей

В первую очередь, данные устройства различаются по режимам работы:

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

По типу питания:

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

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

Настройка

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

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

Можно ли отказаться от частотных преобразователей?

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

Итоги: почему нужно использовать преобразователи частоты?

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

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

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