Перетворювач частоти: відмінності між версіями

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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).

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:

• зміну швидкості обертання в раніше нерегульованих технологічних процесах

• синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти

• заміна приводів постійного струму, що дозволяє понизити витрати, пов'язані з експлуатацією

• створення замкнених систем асинхронного електроприводу з можливістю точної підтримки заданих технологічних параметрів

• можливість вимкнення механічних систем регулювання швидкості обертання (варіаторів, ремінних передач)

• підвищення надійності і довговічності роботи устаткування

• велику точність регулювання швидкості руху, оптимальні параметри якості регулювання швидкості у складі механізмів, що працюють з постійним моментом навантаження (конвеєри, завантажувальні кулісні механізми і тому подібне).

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

• економія електроенергії в насосах, вентиляторах і компресорних агрегатах до 50% за рахунок регулювання продуктивності шляхом зміни частоти обертання електродвигуна на відміну від регулювання продуктивності іншими способами (дроселювання, увімкнення-вимкнення, напрямний апарат)

• підвищення якості продукції

• збільшення обсягу продукції, що випускається, і продуктивності виробничого устаткування

• зниження зносу механічних ланок і збільшенню терміну служби технологічного устаткування унаслідок поліпшення динаміки роботи електроприводу.

• http://www.plasticstech.info/ru/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D1%8B
• http://elprivod.nmu.org.ua/ua/entrant/frequency_converter.php

• Енергозбереження засобами електроприводу
• Регулювання швидкості
• Частотно-регульований привод

Це незавершена стаття з технології. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.