Частотные преобразователи

Преобразователи частоты

Частотный преобразователь еще называют частотно-регулируемым электроприводом, или частотником. Статическое преобразовательное устройство меняет скорость вращения асинхронных электрических двигателей переменного тока.

Принцип работы частотника

Частотный преобразователь изменяет частоту и уровень напряжения питания мотора. Это позволяет регулировать параметры вращения электрического асинхронного двигателя. Все частотники имеют значительный КПД — около 98%. Частно-регулируемый электропривод использует для работы только активную составляющую тока нагрузки из сети. Микропроцессорная система управления позволяет с высокой точностью контролировать работу электродвигателя. Устройство помогает регулировать все основные параметры работы мотора. Использование частотников снижает риск аварий и внештатных ситуаций.

Частотники используют на различных промышленных объектах. Особенно выгодна установка частотных преобразователей в системах транспортировки жидкостей. Раньше для контроля за производительностью работы таких объектов использовали задвижки или регулирующие клапаны. Современная альтернатива — монтаж частотно-регулируемого электропривода. Частотник будет регулировать производительность асинхронного двигателя, который обеспечивает работу колеса насосного агрегата или вентилятора.

Конструкция

Частотные преобразователи состоят из:

• выпрямителя — мост постоянного тока, предназначенный для преобразования переменного тока промышленной частоты в постоянный;
• инвертора — преобразователь постоянного тока в переменный с необходимой частотой и амплитудой;
• входных тиристоров (GTO) или транзисторов (IGBT) — питающие устройства, обеспечивающие необходимый для работы электродвигателя ток.

Чтобы улучшить форму выходного напряжения, между инвертором и мотором иногда монтируют дроссель. Уменьшить электромагнитные помехи помогает EMC-фильтр.

Алгоритмы управления частотным преобразователем

Для контроля за работой частотников может быть выбран один из следующих алгоритмов управления.

Частотный. Этот алгоритм рекомендуют использовать, если известна зависимость момента нагрузки двигателя, и этот показатель остается практически неизменным при одинаковой частоте. Для частотного управления нижняя граница регулирования частоты должна быть не меньше 5-10 Гц при независимом от частоты моменте. Стандартные нагрузки с моментом, зависимым от скорости вращения, — работа на центробежный насос или вентилятор. Диапазон регулирования частоты в этом случае может составить от 5 до 50 Гц и выше.

Частотный с обратной связью по скорости. Подходит для прецизионного регулирования, если известна зависимость момента от скорости вращения. Для управления преобразователем по такому алгоритму нужно использовать инкрементальный энкодер.

Векторный. Этот алгоритм управления частотниками выбирают, если во время работы нагрузка на одинаковой частоте меняется, а прямой связи между моментом нагрузки и скоростью вращения нет.

Векторный алгоритм также используют, если нужно получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах. Например, 0-50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150–200% от номинального момента. Для реализации векторного метода необходимо в режиме реального времени проводить сложные вычисления. Процессор частотного преобразователя выполняет их автоматически на основании данных о выходном токе, частоте и напряжении, а также паспортных характеристик электродвигателя, которые вводит пользователь.

Частотный преобразователь реагирует на изменение выходного тока (момента нагрузки) со скоростью 50-200 мсек. Векторный алгоритм уменьшает реактивный ток двигателя при снижении нагрузки с помощью одновременного уменьшения напряжения на электродвигателе. Если нагрузка на валу возрастает, частотник увеличивает напряжение на двигателе до оптимальных показателей.

Векторный с обратной связью по скорости. Метод подходит для прецизионного регулирования скорости вращения, если при работе нагрузка меняется при неизменных показателях частоты. Этот алгоритм управления частотниками также используют, если нужен максимальный диапазон регулирования частоты. Для такого метода управления необходим инкрементальный энкодер.