Редагування Перетворювач частоти

'''Перетворювач частоти''' — електронний пристрій для зміни частоти [[Електричний струм|електричного струму]] (напруги). Він перетворює вхідну синусоїдну [[Напруга|напругу]] фіксованої частоти та амплітуди у вихідну [[імпульс]]ну напругу змінної частоти та амплітуди за допомогою [[ШІМ]] (широтно-імпульсної модуляції). Таким чином, плавно збільшуючи [[Частота|частоту]] і [[Амплітуда|амплітуду]] напруги, що подається на статорні [[обмотка|обмотки]] [[асинхронна машина|асинхронного електродвигуна]], можна забезпечити плавне [[регулювання швидкості]] обертання [[вал]]у електродвигуна.

== Пристрій і принцип дії ==

[[Файл:Классифікація_ПЧ(2).jpg|міні|600x600пкс|Класифікація перетворювачів частоти]]

Електронний перетворювач частоти складається зі схем, до складу яких входить [[тиристор]] або [[транзистор]], які працюють в режимі електронних ключів. В основі керуючої частини лежить [[мікропроцесор]], який забезпечує керування силовими електронними ключами, а також вирішує велику кількість допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).

''Схеми, створені за моделлю джерела напруги, мають такі характеристики:''

* Вихідний [[імпеданс]]: маленький (джерело напруги)

* Регенерація енергії: потрібен додаткове коло

* Згладжувальний елемент: конденсатор

''Схеми, створені за моделлю джерела струму, мають такі характеристки:''

* Вихідний імпеданс: великий (джерело струму)

* Регенерація енергії: потрібне додаткове коло

* Згладжувальний елемент: реактор

''Залежно від структури і принципу роботи електричного приводу виділяють два класи перетворювачів частоти:''

* З безпосереднім зв'язком.

* З явно вираженою проміжною ланкою постійного струму.

[[Файл:ФС_ПЧ_дж.н.jpg|міні|392x392пкс|Функціональна схема перетворювача частоти, виконана за схемою джерела напруги]]

Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої переваги і недоліки, які визначають сферу раціонального застосування кожного з них.

У перетворювачах з безпосереднім зв'язком електричний модуль — це керований [[Випрямлення змінного струму|випрямляч]]. Система керування по черзі відмикає групи тиристорів і підключає обмотки двигуна до мережі живлення.

Таким чином, вихідна напруга перетворювача формується з «вирізаних» ділянок синусоїд вхідної напруги. Частота вихідної напруги у таких перетворювачів не може дорівнювати або бути вищою частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц, і як наслідок — малий діапазон керування частотою обертання двигуна (не більше 1: 10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно-регульованих приводах з широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.

Використання незамкнених тиристорів вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача. «Різана» синусоїда на виході перетворювача з безпосереднім зв'язком є ​​джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрівання електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення. Застосування пристроїв компенсації призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниження [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] системи в цілому.

[[Файл:ФС_ПЧ_дж.стр.jpg|міні|391x391пкс|Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела струму]]

Однак одноразове перетворення енергії, що визначає високий [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] перетворювача та можливість проходження реактивної потужності як від мережі до навантаження, так і назад є безперечними перевагами такого класу перетворювачів.

Найбільш широко застосовуються в сучасних частотно регульованих модулях перетворювачі з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму. У перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі, фільтрується [[Електронний фільтр|фільтром]], згладжується, а потім знову перетвориться інвертором в змінну напругу змінюваної частоти і амплітуди. Подвійне перетворення енергії призводить до зниження [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] і до деякого погіршення масо-габаритних показників порівняно з перетворювачами з безпосереднім зв'язком.

[[Файл:Схема_ПЧ_з_безпосереднім_зв'язком.jpg|міні|390x390пкс|Схема перетворювача частоти з безпосереднім зв'язком]]

Для формування синусоїдної змінної напруги використовують автономний інвертор, який формує електричну напругу заданої форми на обмотках електродвигуна (як правило, методом [[Широтно-імпульсна модуляція|широтно-імпульсної модуляції]]). Функцію електронних ключів в інверторах виконують замкнені тиристори GTO і їх вдосконалені модифікації GCT, IGCT, SGCT, [[Біполярний транзистор|біполярні транзистори]] з ізольованим затвором [[IGBT]], та польові МОН-транзистори. Головною перевагою [[тиристорний перетворювач|тиристорних перетворювачів]] частоти, як і в схемі з безпосереднім зв'язком, є здатність працювати з великими струмами і напругами, витримуючи при цьому тривале навантаження й імпульсні впливи. Вони мають більш високий [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] (до 98 %) порівняно з перетворювачами на IGBT-транзисторах.

Перетворювачі частоти є нелінійним навантаженням, що створює струми вищих гармонік в мережі живлення, що призводить до погіршення якості електроенергії.

== Призначення ==

[[Файл:Схема_ПЧ_з_ланкою_постійного_струму.jpg|міні|386x386пкс|Схема перетворювача частоти з ланкою постійного струму: КВ — керований випрямляч;

АІН — автономний інвертор напруги;

СКВ — система керування випрямлячем;

СКІ — система керування інвертором;

]]

Частотний асинхронний перетворювач частоти служить для перетворення мережевого трифазного або однофазного [[Змінний струм|змінного струму]] частотою 50 (60) Гц в трифазний або однофазний струм, частотою від 1 Гц до 800 Гц.

Промисловістю також випускаються частотні перетворювачі електроіндукціонного типу, що конструктивно є асинхронним двигуном з фазним ротором, який працює в режимі генератора-перетворювача, і перетворювачі електронного типу.

Частотні перетворювачі електронного типу часто застосовують для плавного регулювання швидкості асинхронного електродвигуна або синхронного двигуна за рахунок створення на виході перетворювача електричної напруги заданої частоти. У найпростіших випадках регулювання частоти і напруги відбувається відповідно до заданої характеристики V/f, в найбільш досконалих перетворювачах реалізовано так зване векторне керування.

Частотний перетворювач електронного типу — це пристрій, що складається з випрямляча (моста постійного струму), що перетворює змінний струм промислової частоти в постійний, і інвертора (перетворювача) (іноді з [[Широтно-імпульсна модуляція|ШІМ]]), що перетворює постійний струм в змінний необхідних частоти і амплітуди. Вихідні тиристори (GTO) або транзистори (IGBT) забезпечують необхідний струм для живлення електродвигуна.

Для поліпшення форми вихідної напруги між перетворювачем і двигуном іноді ставлять дросель, а для зменшення електромагнітних перешкод — EMC-фільтр.

Існує можливість керування перетворювачем частоти через послідовний інтерфейс ([[RS-232]], [[EIA-422|RS-422]] або [[RS-485]]) або від зовнішнього [[ПЛК]] з використанням спеціального протоколу ([[Profibus]], [[Interbus]], [[Device-net]], [[Modbus]] тощо).

{{main|Частотно-регульований привод}}

* синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти

* [[економія електроенергії]] в [[насос]]ах, [[вентилятор]]ах і [[компресор]]них [[агрегат]]ах до 50 % за рахунок регулювання продуктивності шляхом зміни частоти обертання електродвигуна на відміну від регулювання продуктивності іншими способами ([[дроселювання]], увімкнення-вимкнення, напрямний апарат)

* https://web.archive.org/web/20080307152114/http://plasticstech.info/ru/wiki/Преобразователь_частоты

* https://gekoms.org/2020/02/25/chastotnyj-preobrazovatel-dlya-elektrodvigatelya/

==Джерела==

* Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В. ОСНОВИ ТВОРЕННЯ МАШИН / [За редакцією О. В. Горика, доктора технічних наук, професора, заслуженого працівника народної освіти України]. — Харків: Вид-во «НТМТ», 2017. — 448 с. : 52 іл. ISBN 978-966-2989-39-7

[[Категорія:Електропривід]]