Перетворювач частоти: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
[неперевірена версія][неперевірена версія]
Вилучено вміст Додано вміст
Svagar (обговорення | внесок)
Немає опису редагування
Svagar (обговорення | внесок)
Немає опису редагування
Рядок 1: Рядок 1:


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


== Пристрій і принцип дії ==
== Пристрій і принцип дії ==
Рядок 56: Рядок 56:


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

== Основні можливості ==

<big>Перетворювач частоти забезпечує плавний [[пуск]] і зупинку двигуна, а також дозволяє змінювати напрям обертання двигуна.</big>

<big>Перетворювач частоти відображає на цифровому [[дисплей|дисплеї]] основні параметри системи: задану швидкість, вихідну частоту, струм і [[напруга|напругу]] двигуна, вихідну [[потужність]], [[момент]], стан дискретних входів, загальний час роботи перетворювача тощо.</big>

<big>Керування перетворювачем частоти можна здійснювати з вбудованої виносної цифрової панелі керування, або за допомогою зовнішніх [[сигнал]]ів. У другому випадку швидкість обертання задається аналоговим сигналом 0—10&nbsp;В або 4—20&nbsp;мА, а команди пуску, зупинки й зміни режимів обертання подаються дискретними сигналами. Можна відображати параметри системи у вигляді графіків на виносній графічній панелі керування.</big>

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

== Частотно-регульований привод ==

<big>Регульований асинхронний електропривод або частотно-регульований привод складається з асинхронного електродвигуна і перетворювача частоти, який виконує роль регулятора швидкості обертання асинхронного електродвигуна.</big>

<big>Застосування частотно-регульованого електроприводу забезпечує:</big>

* зміну швидкості обертання в раніше нерегульованих [[технологічний процес|технологічних процесах]]

* синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти

* заміна приводів [[постійний струм|постійного струму]], що дозволяє понизити витрати, пов'язані з експлуатацією
* створення [[замкнена система|замкнених систем]] асинхронного електроприводу з можливістю точної підтримки заданих [[технологічний параметр|технологічних параметрів]]
* можливість вимкнення механічних систем регулювання швидкості обертання ([[варіатор]]ів, [[ремінна передача|ремінних передач]])
* підвищення [[надійність|надійності]] і [[довговічність|довговічності]] роботи устаткування
* велику [[точність]] [[регулювання]] швидкості руху, оптимальні параметри якості регулювання швидкості у складі [[механізм]]ів, що працюють з постійним моментом навантаження ([[конвеєр]]и, завантажувальні [[кулісний механізм|кулісні механізми]] і тому подібне).

== Економічний ефект ==

<big>[[Економічний ефект]] від впровадження асинхронного електроприводу складається, зокрема, з чинників:</big>

* [[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)
* підвищення [[якість|якості]] продукції
* збільшення обсягу продукції, що випускається, і продуктивності виробничого устаткування
* зниження [[знос]]у механічних ланок і збільшенню терміну служби технологічного устаткування унаслідок поліпшення [[динаміка|динаміки]] роботи електроприводу.


== Посилання ==
== Посилання ==

Версія за 14:13, 12 грудня 2016

Перетворювач частоти - електронний пристрій для зміни частоти електричного струму (напруги). Він перетворює вхідну синусоїдну напругу фіксованої частоти та амплітуди у вихідну імпульсну напругу змінної частоти та амплітуди за допомогою ШІМ (широтно-імпульсної модуляції).Таким чином, плавно збільшуючи частоту і амплітуду напруги, що подається на статорні обмотки асинхронного електродвигуна, можна забезпечити плавне регулювання швидкості обертання валу електродвигуна.

Пристрій і принцип дії

Класифікація перетворювачів частоти

Електронний перетворювач частоти складається з схем, до складу яких входить тиристор або транзистор, які працюють в режимі електронних ключів. В основі керуючої частини знаходиться мікропроцесор, який забезпечує управління силовими електронними ключами, а також рішення великої кількості допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).

Схеми, створені за моделлю джерела напруги, мають такі характеристки:

  • Вихідний імпеданс: маленький (джерело напруги)
  • Регенерація енергії: потрібен додатковий ланцюг
  • Згладжуючий елемент: конденсатор

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

  • Вихідний імпеданс: великий (джерело струму)
  • Регенерація енергії: додаткоий ланцюг не потрібен
  • Згладжуючий елемент: реактор

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

  • З безпосереднім зв'язком.
  • З явно вираженим проміжною ланкою постійного струму.

Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої переваги і недоліки, які визначають область раціонального

застосування кожного з них.

Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела напруги

У перетворювачах з безпосереднім зв'язком електричний модуль являє собою керований випрямляч. Система управління 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 бути дорівнює або вище частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц, і як наслідок - малий діапазон управління 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 незамикаючихся тиристорів вимагає відносно складних систем управління, які збільшують вартість перетворювача. «Різана» синусоїда на виході перетворювача з безпосереднім зв'язком є ​​джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення. Застосування компенсуючих пристроїв призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниження ККД системи в цілому.

Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела струму

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

Найбільш широке застосування в сучасних частотно регульованих модулях знаходять перетворювачі з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму. У перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдальна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі, фільтрується фільтром, згладжується, а потім знову перетвориться інвертором в змінну напругу змінюваної частоти і амплітуди. Подвійне перетворення енергії призводить до зниження ККД і до деякого погіршення масо-габаритних показників по відношенню до перетворювачів з безпосереднім зв'язком.

Схема перетворювача частоти з безпосереднім зв'язком

Для формування синусоїдальної змінної напруги використовують автономний інвертор, який формує електричну напругу заданої форми на обмотках електродвигуна (як правило, методом широтно-імпульсної модуляції). Як електронних ключів в інверторах застосовуються замикаються тиристори GTO і їх вдосконалені модифікації GCT, IGCT, SGCT, і біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT. Головним достоїнством 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 ККД (до 98%) по відношенню до перетворювачів на IGBT-транзисторах.

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

Призначення

Частотний асинхронний перетворювач частоти служить для перетворення мережевого трифазного або однофазного змінного струму частотою 50 (60) Гц в

Схема перетворювача частоти з ланкою постійного струму: КВ - керований випрямляч; АІН - автономний інвертор напруги; СКВ - система керування випрямлячем; СКІ - система керування інвертором;

трифазний або однофазний струм, частотою від 1 Гц до 800 Гц.

Промисловістю випускаються частотні перетворювачі електроіндукціонного типу, що представляє собою по конструкції асинхронний

двигун з фазним ротором, що 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 характеристикою V / f, в найбільш досконалих перетворювачах реалізовано так зване векторне управління.

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 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.

Основні можливості

Перетворювач частоти забезпечує плавний пуск і зупинку двигуна, а також дозволяє змінювати напрям обертання двигуна.

Перетворювач частоти відображає на цифровому дисплеї основні параметри системи: задану швидкість, вихідну частоту, струм і напругу двигуна, вихідну потужність, момент, стан дискретних входів, загальний час роботи перетворювача тощо.

Керування перетворювачем частоти можна здійснювати з вбудованої виносної цифрової панелі керування, або за допомогою зовнішніх сигналів. У другому випадку швидкість обертання задається аналоговим сигналом 0—10 В або 4—20 мА, а команди пуску, зупинки й зміни режимів обертання подаються дискретними сигналами. Можна відображати параметри системи у вигляді графіків на виносній графічній панелі керування.

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

Частотно-регульований привод

Регульований асинхронний електропривод або частотно-регульований привод складається з асинхронного електродвигуна і перетворювача частоти, який виконує роль регулятора швидкості обертання асинхронного електродвигуна.

Застосування частотно-регульованого електроприводу забезпечує:

  • синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти
  • заміна приводів постійного струму, що дозволяє понизити витрати, пов'язані з експлуатацією

Економічний ефект

Економічний ефект від впровадження асинхронного електроприводу складається, зокрема, з чинників:

  • збільшення обсягу продукції, що випускається, і продуктивності виробничого устаткування
  • зниження зносу механічних ланок і збільшенню терміну служби технологічного устаткування унаслідок поліпшення динаміки роботи електроприводу.

Посилання

Див. також