Частотный преобразователь для электродвигателя: назначение, принцип работы, схемы подключения

Зачем нужен преобразователь частоты

Асинхронный двигатель значительно превосходит другие типы электрических машин по характеристикам и мощности, но не лишен характерных недостатков. Так, например, для управления частотой вращения ротора устройство необходимо оборудовать дополнительными элементами. То же самое и с пуском: пусковой ток асинхронного двигателя превышает номинальное значение в 5-7 раз. Из-за этого возникают дополнительные ударные нагрузки и потери мощности, которые вместе только сокращают срок службы агрегата.

Для решения этих задач в результате постоянных исследований был создан класс специальных устройств, предназначенных для автоматического электронного управления пусковыми токами: преобразователи частоты.

Преобразователь частоты для электродвигателя снижает количество пусковых токов в 4-5 раз и не только выполняет плавный пуск, но также управляет ротором, регулируя напряжение и частоту. Использование устройства имеет и другие преимущества:

экономит до 50% электроэнергии при пуске;

обеспечивает обратную связь с соседними блоками.

На самом деле это не преобразователь, а генератор трехфазного напряжения необходимой амплитуды и частоты.

Устройство частотных преобразователей

Современный преобразователь частоты состоит из двух основных блоков. Первый блок полностью выравнивает напряжение и выдает константу. На блок питания подается постоянное напряжение для генерации частоты. После преобразования на выходе из второго блока частота напряжения уже будет такой, как задано настройкой.

Микропроцессор, встроенный в преобразователь частоты, отвечает за возможность изменения частоты напряжения. С помощью определенной программы процессор контролирует частоту выходного напряжения, а также параметры электродвигателя.

Ведь преобразователи частоты для асинхронных двигателей, принцип действия которых заключается в простом генерировании необходимой частоты переменного тока, являются модуляторами по характеру требуемого напряжения, которое необходимо для того или иного оборудования. Это уменьшило негативное влияние на работу электродвигателя, которое имело место при использовании конденсата.

Электродвигатель получает именно то напряжение, которое необходимо для нормальной и полноценной работы.

Считаем необходимым отметить, что даже при наличии трехфазной линии напряжения не всегда рационально подключать электродвигатель к сети просто с помощью выключателя. В этом случае двигатель заработает, но настроить его работу не удастся. Также не получится следить за состоянием обмоток.

В промышленном дизайне можно встретить два основных типа преобразователей частоты:

• Особый.
• Универсальный.

Специальный преобразователь частоты для асинхронного двигателя, схема которого немного отличается от универсального, изготавливается для конкретного оборудования под конкретные нужды. Как правило, это очень маленькие версии, которые не могут работать с каким-либо оборудованием.

Универсальные преобразователи частоты могут работать как в специальном оборудовании, так и во всех других приложениях. Поэтому они универсальны, настраиваются и программируются под любые нужды.

Поэтому выбор преобразователя частоты для асинхронного двигателя должен быть продиктован не столько конкретными производственными потребностями, сколько возможностью модернизации оборудования.

Практически все частотники на сегодняшний день имеют возможность установки и управления режимом работы электродвигателя с пульта управления. Первый интерфейс управления встроен в сам привод. Также есть ручка для регулировки оборотов двигателя.

Но вы также можете использовать панели дистанционного управления. Которую можно разместить как в диспетчерской, так и непосредственно на машине, приводимой в движение электродвигателем.
Это чаще встречается в ситуациях, когда машина с двигателем находится в помещении, где установка преобразователя частоты не рекомендуется. И устанавливается вдали от оборудования.

Большинство преобразователей частоты позволяют программировать работу оборудования. Но просто установить программу с панели управления не получится. Для этого используется интерфейс передачи данных и настроек, который позволяет с помощью компьютера задать желаемую программу работы.

Принцип действия частотных преобразователей

Принцип работы частотного регулирования основан на зависимости частоты вращения и крутящего момента на валу электродвигателя переменного тока от частоты питающего напряжения. Регуляторы частоты изменяют частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель, тем самым регулируя скорость и крутящий момент ротора.

Преобразование частоты может быть выполнено несколькими способами. Схема преобразования частоты с прямым электрическим подключением к сети представляет собой управляемый тиристорный выпрямитель. Блок управления вырабатывает сигналы, которые поочередно разблокируют полупроводниковые приборы, подавая напряжение определенной частоты на обмотки электрической машины.

Такая схема отличается высоким КПД, обеспечивает стабильную работу двигателя на малых оборотах ротора и передает генерируемую электроэнергию в сеть при торможении двигателя.

Однако такие недостатки, как невозможность изменения частоты в сторону увеличения, наличие в выходном напряжении постоянной и субгармонической составляющих, вызывающих перегрев обмоток и появление электромагнитных помех, ограничивают область применения преобразователей частоты с прямое общение.

Большинство современных преобразователей частоты основаны на схемах двойного преобразования. Это техническое решение имеет следующие преимущества:

• Возможность изменять частоту как вверх, так и вниз.
• Выходное напряжение — чистая синусоида.
• Отсутствие высших гармоник.
• Плавное и высокоточное регулирование частоты напряжения питания двигателя.

Такой преобразователь частоты состоит из трех блоков:

• Диодный или тиристорный выпрямитель с емкостными, индуктивными или комбинированными фильтрами. Этот узел выпрямляет сетевое напряжение и выравнивает его.
• Инвертирующий блок. Этот элемент выполняет обратное преобразование постоянного напряжения в переменное. Индуктивный элемент на выходе фильтрует постоянную составляющую, а также высокочастотные шумы, наличие которых отрицательно сказывается на работе электродвигателя.
• Схема управления на базе микропроцессора. Его основные функции — установка частоты выходного напряжения и тока. Частота тока на выходе инвертора определяется амплитудой или длительностью управляющих импульсов от схемы управления (широтно-импульсная или частотная модуляция). Процессор также обеспечивает связь с удаленными точками управления, автоматическое управление с обратной связью на основе механических и электрических характеристик подключенной к нему электрической машины и другие функции.

Следовательно, при частотном регулировании напряжение питания сначала преобразуется в постоянное напряжение, а затем реверсируется в переменное напряжение требуемой частоты.

Виды преобразователей частоты

Существует несколько типов преобразователей частоты, которые в настоящее время являются наиболее распространенными для производства и использования:

Преобразователи для электромашиностроения (электрические индукционные): используются в случаях, когда использование электронных преобразователей невозможно или нецелесообразно. Конструктивно такие устройства представляют собой асинхронные двигатели с фазным ротором, выполняющие функции преобразователя-генератора.

Эти устройства представляют собой преобразователи со скалярным управлением. На выходе этого устройства создается напряжение заданной амплитуды и частоты для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Они используются в тех случаях, когда нет необходимости поддерживать скорость ротора в соответствии с нагрузкой (насосы, вентиляторы и другое оборудование).

Электронные преобразователи: широко используются в любых условиях работы для различного оборудования. Эти устройства являются векторными, автоматически рассчитывают взаимодействие магнитных полей статора и ротора и обеспечивают постоянное значение скорости вращения ротора независимо от нагрузки.

1. Циклоконвертеры;
2. Циклические инверторы;
3. FC со звеном постоянного тока:

• Преобразователь частоты источника тока;
• Преобразователь частоты источника напряжения (с широтно-импульсной или широтно-импульсной модуляцией).

В зависимости от области применения оборудование может быть:

• для оборудования мощностью до 315 кВт;
• векторные преобразователи на мощность до 500 кВт;
• взрывозащищенные устройства для использования во взрывоопасных и пыльных условиях;
• преобразователи частоты на электродвигателях;

Каждый тип преобразователя частоты имеет определенные преимущества и недостатки и применим к разному оборудованию и нагрузкам, а также к условиям работы.

Преобразователем частоты можно управлять вручную или извне. Ручное управление осуществляется с панели управления инвертора, которую можно использовать для регулировки скорости или остановки работы. Внешнее управление осуществляется с помощью систем автоматического управления (АСУ ТП), которые могут контролировать все параметры устройства и позволяют переключать схему или режим работы (через инвертор или байпас). Кроме того, внешнее управление позволяет программировать работу преобразователя в соответствии с условиями эксплуатации, нагрузкой, временем, что позволяет ему работать в автоматическом режиме.

Классификация преобразователей частоты

По типу питающего напряжения преобразователи частоты делятся на разновидности:

• один этап;
• трехфазный;
• высоковольтные устройства.

Основную задачу преобразователя частоты можно сформулировать так: перевести рабочий процесс в экономичный режим за счет управления скоростью и крутящим моментом двигателя в соответствии с заданными техническими параметрами и характером нагрузки.

В этом случае на цифровом дисплее устройства отображаются такие системные параметры, как:

• значение I и U двигателя;
• выходные значения частоты, скорости, мощности и крутящего момента (f, v, P и M);
• визуализация состояния дискретных входов для регулирования скорости вращения вала ИД и дистанционного управления системой;
• время работы самого преобразователя частоты.

В зависимости от области применения инверторы бывают следующих типов:

• для промышленных целей мощностью до 315 кВт;
• Преобразователи частоты с векторным управлением до 500 кВт;
• для управления механизмами с насосно-вентиляторным типом нагрузки (Р 15 — 315 кВт);
• преобразователи частоты для кранов и других подъемных сооружений;
• для использования во взрывоопасных средах;
• пЧ устанавливается непосредственно на электродвигатель.

Состав, конструкция схема

Аппаратура преобразования частоты (ПЧ) состоит из двух секций. Первый — с функциями управления, состоит из микропроцессоров. Их задача: регулировать переключение ключей, контролировать работу, проводить диагностику и защиту. Второй — силовая часть. Он оснащен транзисторами (тиристорами), выполняющими функции переключателей.

Характеристика

В большинстве приводов с электрическим управлением используются преобразователи частоты двух классов. Основные признаки их разделения — это конструктивное отличие и принцип работы силовой части устройства. Инвертор выполняет свои функции с промежуточным блоком, работающим на постоянном токе, либо устанавливается прямая связь с источником.

Положительный момент — высокий КПД. КПД достигает 98,5% и более. Используется для управления мощными высоковольтными приводами. Преобразователь частоты считается относительно недорогим, несмотря на дополнительную конфигурацию контуров регулирования. Эффективность использования оценивается с учетом класса, достоинств или недостатков. Изначально использовались преобразователи с прямым и прямым подключением к сети. (фото 1).

То есть источник питания подключается к обмоткам статора двигателя через открытые клапаны. Конструкция силовой части состояла из выпрямителей, выполненных на полупроводниковых приборах — тиристорах.

Со свойствами электромагнитного клапана. И системы управления (СУ). Который, открывая их поочередно, подключал обмотки электродвигателя к сети. Напряжение подается на тиристоры, имеющие трехфазную форму синусоиды Ua, Uv, Uc. Напряжение U out создается на выходе преобразователя.

Это показано за один шаг с вырезанной полосой (Рисунок 1). При увеличении он имеет неровный вид, приближающийся к синей линии. Выходная частота устройства находится в диапазоне 0-30 Гц.
Этот короткий диапазон ограничивает способность привода управлять скоростью асинхронного двигателя. На практике такая связь дает результат от одного до десяти. Хотя технологические процессы диктуют существенное увеличение этого соотношения.

Использование неуправляемых тиристоров считается недостатком конструкции, так как их использование требует улучшения системы управления. Все становится сложнее. Кроме того, «зубчатая» форма волны напряжения на выходе (рис. 2) приводит к появлению высших гармоник. Их присутствие сопровождается дальнейшими потерями. Которые наблюдаются, при увеличении перегрева электродвигателя, уменьшении крутящего момента (момента) на валу и появлении помех в сети. Поэтому дополнительная установка деталей и узлов для устранения этих недостатков увеличивает стоимость устройства. Они увеличивают размер, вес и снижают эффективность привода.

Конвертеры прямой (прямой) связи в настоящее время не используются. В настоящее время системы также включают узел с функцией постоянного тока. В данном случае это двойное преобразование электричества. Входное напряжение постоянной амплитуды, частоты и синусоидальной формы подается на клеммы выпрямительного блока (B). Затем есть фильтр (F), который уменьшает пульсации высших гармоник. Назначение (I) инвертора — преобразование постоянного напряжения в переменную частоту и амплитуду. В этом случае используются отдельные внутренние блоки.
Функции электронных ключей в составе инверторов выполняют запираемые тиристоры GTO. Или сменные типы: GCT, IGCT, SGCT, а также трехэлектродный полупроводниковый элемент IGBT с изолированным затвором.

Преимущество преобразователя частоты на тиристорах обоих классов состоит в том, что они могут работать с более высокими напряжением и током. Они выдерживают длительную эксплуатацию, электрические импульсы. Преобразователи частоты поддерживают стабильную работу в широком диапазоне мощностей. С розеткой от сотен кВт до десяти МВт. На выходе инвертора напряжение колеблется от 3 до 10 кВ. Однако, если сравнивать цену по отношению к потенции, он остается слишком дорогим.

Преобладающее место занимали регулируемые исполнительные устройства, в состав которых входили запираемые тиристоры. Но затем их заменили транзистором IGBT с изолированным затвором.
Использование тиристора усложняет управление. Являясь полупроводниковым элементом, он подключается путем подачи импульса к регулируемому контакту, достаточно изменить полярность напряжения или снизить значение тока, близкое к нулю. Сложность процесса и дополнительные элементы делают систему регулирования более громоздкой.

IGBT характеризуются простым методом управления с низким энергопотреблением. Широкий диапазон рабочих частот раздвигает границы выбора скорости электродвигателя и увеличивает скоростную характеристику. Совместное действие транзистора с микропроцессорным управлением влияет на степень высших гармоник. Кроме того, отмечены следующие особенности.

• Уменьшаются потери в обмотках и в магнитной цепи электродвигателя.
• Пониженная теплота нагрева.
• Минимальные проявления пульсации момента.
• Исключены рывки ротора в низкочастотном диапазоне.
• Уменьшаются потери в конденсаторах, трансформаторах, проводах, тем самым увеличивая срок их службы.
• Измерительные и защитные устройства (особенно индукционные) допускают меньше неточностей, искаженных ответов.

Сравнивая инверторы одинаковой выходной мощности с другими схемами, устройства на IGBT-транзисторах отличаются надежностью, небольшими размерами и массой. Это достигается за счет модульной конструкции оборудования. Минимальный набор элементов, из которых состоит устройство. Защита от резких колебаний тока и напряжения. Уменьшить количество неисправностей и остановок электропривода. Лучшее рассеивание тепла

Высокая стоимость единицы выходной мощности для преобразователей низкого напряжения (IGBT) связана со сложностью изготовления транзисторных модулей. По цене и качеству они предпочтительнее тиристорных. А еще нужно учитывать постоянную динамику удешевления производства устройств. Тенденция к снижению.

Одной из трудностей при применении прямого привода высокого напряжения является ограничение мощности более двух мВт. Поскольку увеличение рабочего напряжения и тока увеличивает размер транзисторного модуля, требуется более эффективный радиатор от полупроводника. И как выход из положения, до появления новых биполярных элементов, модули в преобразователях соединяются последовательно по несколько штук.

Сферы применения устройства

Преобразователь частоты — это специальное устройство, устанавливаемое на мощные электродвигатели. Их основное предназначение — изменение частоты входного тока. Как известно, ток, выходящий из розетки, имеет частоту, она равна 50 Гц.Чтобы ускорить или, наоборот, замедлить двигатель, эту частоту можно изменять. Роль частотного проигрывателя заключается в изменении частоты тока.

Самый яркий пример — стиральные машины, они есть у всех дома, для увеличения скорости барабана частота электродвигателя увеличивает частоту тока, для уменьшения количества оборотов выполняется обратное действие. Они также используются для плавного пуска мощных двигателей — современные преобразователи частоты могут изменять колебания тока от 1 до 800 Гц.

Основные функции преобразователя частоты

Управление потоком — одно из наиболее распространенных приложений для частотно-регулируемых приводов. В реальных условиях часто требуется меньшая скорость потока жидкости, поэтому возможность изменять скорость насоса для управления потоком имеет первостепенное значение. Задвижки и клапаны используются для уменьшения расхода в подавляющем большинстве случаев, но эта стратегия не способствует экономии энергии. И наоборот, частотно-регулируемый привод может контролировать расход при оптимизации энергопотребления.

Может возникнуть ситуация, когда оператор должен запустить двигатель на максимальной мощности в определенное время дня и в другие часы для работы с частичной нагрузкой. Это настоящая причина популярности частотно-регулируемых приводов, так как при работе на малых скоростях можно сэкономить энергию и снизить эксплуатационные расходы. Если оператору просто нужно запустить асинхронный двигатель на постоянной скорости ниже номинальной скорости двигателя, можно использовать редуктор. Однако, если привод представляет собой нагрузку с переменным крутящим моментом, преобразователь частоты является лучшим вариантом.

Например, представьте, что вы используете асинхронный двигатель для запуска вентилятора на градирне. Чем быстрее вентилятор должен вращаться, тем больше энергии он потребляет. Из-за изменения условий окружающей среды в течение дня температура окружающей среды может снизиться. По этой причине может быть достаточно, чтобы вентилятор работал на более низкой скорости, чем требуется, в самое жаркое время дня. Работая на полной скорости, вентилятор расходует дорогостоящую энергию, в то время как он может вращаться медленнее.

Как конструктивно устроены частотные преобразователи.

«Инвертор» позволяет преобразовать напряжение в трехфазную переменную величину в соответствии с заданными параметрами (частота и амплитуда), которая затем подается на обмотки электродвигателя / электродвигателя. Этот процесс обеспечивается шестью точками транзисторов, через каждую из которых обмотка двигателя подключается к положительному или отрицательному полюсу выпрямителя. Этот модуль определяется как часть импульса мощности «частоты». Вся система управления тоже работает только на этом этапе трансформации. Фильтр напряжения и неуправляемый выпрямитель относятся к категории постоянного тока. Можно сделать вывод, что привод сконструирован как устройство «двойного преобразования» с условно ограниченными возможностями управления.

Пуск электрического / двп происходит без участия магнитного пускателя, а сам преобразователь подключается через различные системы защиты и автоматическую блокировку. Например, при коротком замыкании. Модуль управления на базе микроконтроллера играет важную роль в обеспечении стабильности работы. Блок управления также следит за соблюдением проектных выходных параметров всего устройства.

Выпрямитель

Конструктивные отличия выпрямителя зависят от схемы использования. В однофазном исполнении в выпрямителе используется четыре диода, в трехфазном — шесть. Как следует из названия, физический смысл выпрямителя заключается в преобразовании первичного переменного тока в постоянный с помощью диодных мостов. Далее ток, получивший два полюса («+» и «-»), подается на следующий модуль — фильтр напряжения.

Фильтр напряжения

Здесь придется вспомнить школьный курс физики, или «Закон Кирхгофа». Общая идея заключается в том, что при переходе от переменного тока к постоянному не должно оставаться никаких колебаний и их нужно как-то гасить. Эта проблема решается с помощью классического колебательного контура — конденсатора и индуктивности.

Катушка, обладая значительным сопротивлением, как бы «сбивает» остаточные импульсы переменного тока, а конденсатор, наоборот, не имеет сопротивления и пропускает через себя весь поток. Фактически получается «обнуление» параметров и на выходе получается чистый постоянный ток без пульсаций. Все так просто и нарядно!

Инверторный модуль

Инверторный модуль относится ко второй степени преобразования и основан на использовании транзисторных каскадов. Знакомые всем классические германиевые и кремниевые транзисторы старой советской техники здесь не подойдут. В таких сложных устройствах, как преобразователи частоты, используются только современные транзисторы.

Например, IGBT. По сути, они представляют собой своего рода гибрид полевого эффекта и биполярного транзистора. Использование этого типа деталей гарантирует стабильность устройства, облегчает решение проблемы отвода избыточного тепла и в целом повышает эффективность использования устройства.

Микропроцессорная система

По своей сути это «мозг» всего устройства, спроектированный на основе микросхем, обеспечивающих прием и передачу сигналов и анализ результатов всего процесса преобразования частоты. Принцип анализа основан на сравнении с тестами, которые изначально прописаны в настройках программы. Все функции управления «частотником» также осуществляются через микропроцессор, поэтому данное устройство имеет принципиальное значение и требует особой защиты (от воздействия окружающей среды, случайных механических повреждений и т.д.)

Возможности преобразователя частоты

Функциональные возможности современных частотников значительно расширены и позволяют автоматизировать работу электроприводов даже в самых сложных условиях.

Работа при нестабильном напряжении

Не все электрические сети могут обеспечить стабильное питание подключенного оборудования. В идеале современные преобразователи правильно выполняют свои функции в диапазоне напряжений цепи питания 380-460 В, допустимое отклонение составляет 10%. Модели частотных драйверов, представленные на странице каталога, позволяют поддерживать работоспособность электродвигателя путем автоматического перезапуска после кратковременного сбоя питания (просадки) с постепенным изменением скорости и крутящего момента электродвигателя.

Работа на резонансных частотах

Собственная резонансная частота некоторых механизмов может вызывать недопустимые вибрации, которые часто являются причиной выхода из строя системы управления. Благодаря функции исключения недопустимой частоты работа преобразователя частоты становится безопасной, а сам механизм защищен от возможных сбоев.

Преимущества использования частотных преобразователей

Преобразователи частоты широко используются в самых разных отраслях промышленности и оборудования. Столь высокий спрос на такие устройства обусловлен следующими преимуществами их использования:

• Уменьшите пусковой ток. В случае пуска электродвигателя прямыми пускателями наблюдается резкое увеличение тока, значения которого превышают в 7-15 раз номинальные. Это негативно сказывается на электроприводе и может привести к пробою изоляции, истощению контактов и ряду других негативных последствий. Кроме того, этот метод запуска также влияет на механические компоненты системы. В момент запуска рабочие части двигателя подвергаются большим нагрузкам, что приводит к их более быстрому износу. Благодаря преобразователям частоты можно значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель, продлив срок его безремонтной эксплуатации.
• Рентабельность. Как правило, двигатели, обеспечивающие работу вентиляционных и насосных систем, всегда работают с одной и той же частотой, а давление и другие рабочие параметры регулируются с помощью арматуры (заслонки, заслонки и т.д.). Это приводит к потере энергии. При использовании преобразователей частоты можно регулировать рабочие параметры системы, регулируя интенсивность работы двигателя. Это позволяет более эффективно использовать его ресурсы.
• Большая адаптивность. При использовании частотных преобразователей возможно проектирование автоматизированных систем, которые по установленным алгоритмам корректируют работу оборудования. Это снижает трудозатраты производственных процессов и позволяет сделать их более точными за счет исключения человеческого фактора.
• Ремонтопригодность. В случае выхода из строя преобразователя частоты его можно отнести в мастерскую, где мастер заменит неисправные детали. Правда, это касается только блока электрического преобразования — с блоками управления все намного сложнее и они более требовательны с точки зрения восстановления.

Преобразователи частоты — оптимальное решение для организации самых разнообразных производственных процессов и наладки рабочего оборудования, на базе которого используются электродвигатели.

Разница типов сигналов управления

При проектировании цеха очень важно учесть, что связь преобразователей частоты с диспетчерским пультом будет происходить с помощью электрических импульсов через кабели связи. Но не забывайте, что разные стандарты общения по-разному влияют друг на друга. Следовательно, передача данных одним способом может значительно снизить качество передачи данных другим способом.
Поэтому расчет преобразователя частоты для асинхронного двигателя должен производиться не только по его электрическим характеристикам, но и по его совместимости с сетью.

Выбор мощности частотного преобразователя

Проблема мощности привода, скорее всего, стоит на первом месте при расчете привода для любой машины или агрегата. Дело в том, что большинство преобразователей частоты выдерживают большие перегрузки до 200 — 300%. Но это отнюдь не означает, что для питания электродвигателя можно смело покупать преобразователь частоты с сегментом ниже, чем требует конструкция.

Выбор мощности преобразователя частоты производится с обязательным запасом 20 — 30%. Несоблюдение этого правила может привести к поломке привода и простою оборудования.

также важно учитывать пиковые нагрузки, которые может выдержать привод. Дело в том, что при запуске электродвигателя его пусковые токи могут значительно превышать номинальные. В некоторых случаях пусковой ток в шесть раз превышает номинальный! Частота должна быть рассчитана на такие изменения.

Каждый электродвигатель оснащен охлаждающим вентилятором. Это лопасти, установленные в задней части двигателя, и при вращении вала они проталкивают воздух через корпус двигателя.

Если электродвигатель работает на низкой скорости, может не хватить воздушного потока для охлаждения.

В этом случае необходимо выбрать преобразователь частоты с датчиками температуры двигателя. Или устроить дополнительное охлаждение.

Электромагнитная совместимость преобразователей частоты

При расчете и подключении преобразователя частоты к сети и к электродвигателю нужно помнить, что он очень подвержен помехам. Кроме того, привод может сам стать источником помех для другого оборудования. Поэтому все подключения к преобразователю частоты и от него выполняются экранированными кабелями на расстоянии 10 см друг от друга.

По сути, использование частного преобразователя для питания асинхронного электродвигателя позволило значительно продлить срок службы электродвигателя, регулировать его работу и значительно сэкономить на потреблении электроэнергии.

Особенности эксплуатации двигателей с частотными преобразователями

• Возможен перегрев двигателя при работе на малых оборотах. Это связано с уменьшением скорости естественного воздушного потока. Особенно заметен перегрев на скоростях, близких к номинальным. Для снижения температуры в этом случае рекомендуется использовать дополнительный обдув.
• При движении стандартного электродвигателя (при 50 Гц) на более высоких оборотах стоит учитывать состояние подшипников. Из-за более сильной вибрации они быстрее выходят из строя. Чтобы противодействовать этому явлению, можно использовать антивибрационные прокладки. Также частота должна быть выбрана так, чтобы не возникало резонанса. И имейте в виду: на более высоких скоростях вентилятор электродвигателя будет издавать больше шума.
• При уменьшении частоты вращения вала для нормальной работы необходимо пропорционально снизить нагрузку. Асинхронный двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент только при номинальной скорости. Поэтому с уменьшением частоты она падает.
• Для длительной работы на малых оборотах используются электродвигатели с пониженной номинальной частотой — от 750 до 1500 об / мин. Второй вариант — это негабаритные моторы.
• Выбирая частотный преобразователь для погружного насоса, придется делать выбор не только по мощности, но и по току. Двигатели для этой категории насосов имеют значительно более высокий номинальный ток. При большой длине кабеля от инвертора к насосу напряжение может значительно снизиться, что приводит к снижению скорости вращения вала двигателя. Чтобы падение было менее значительным, используйте кабель с завышенным сечением жилы.

Как выбрать частотный преобразователь?

необходимо выделить несколько основных параметров, на которые нужно обращать внимание при выборе преобразователя частоты:

Власть. Этот параметр привода должен соответствовать мощности двигателя, с которым он будет использоваться. Следует выбрать устройство, мощность которого будет соответствовать номинальному току. Покупать преобразователь частоты с сильно завышенными характеристиками просто бесполезно, так как он будет стоить намного дороже и могут возникнуть проблемы с регулированием.
Тип нагрузки. Все зависит от того, как работает агрегат, к которому будет подключен преобразователь частоты. Например, при нагрузках вентилятора отсутствуют перегрузки, а в случае пресса ток может превышать номинальные значения на 60 процентов и более. Следовательно, нужно учитывать это при выборе и оставлять определенный «запас мощности».
Тип охлаждения двигателя. Двигатели могут быть оборудованы принудительной или самовдувающейся системой охлаждения. Во втором случае к крыльчатке ротора прикреплены специальные лопасти, которые вместе с ней вращаются и обдувают двигатель. Следовательно, нормальная степень воздушного потока в этом случае напрямую зависит от скорости вращения. Продолжительная работа двигателя на пониженной частоте может привести к перегреву. Следовательно, лучше позаботиться о дополнительном охлаждении, если изменение частоты превышает 10% от номинального значения.
Входное напряжение. Этот индикатор определяет, при каком напряжении может работать преобразователь частоты. Недостаточно знать, что напряжение в сети обычно в районе 380 В. Часто бывают скачки в пределах + -30%. Кроме того, в сетях, где подключено большое количество электросетевого оборудования, часто возникают всплески напряжения в 1 кВ. Следовательно, чем шире диапазон рабочих напряжений привода, тем надежнее будет его работа.
Метод торможения. Двигатель можно выключить либо с помощью инверторного моста, либо электродинамически. Первый способ больше подходит для точного и быстрого торможения, второй больше подходит для механизмов с частым торможением или когда требуется плавная остановка

На это обязательно стоит обратить внимание.
Окружающая среда и охрана. Обычно в паспорте привода указываются условия, при которых прибор будет эксплуатироваться

Например, водонепроницаемые модели соответствуют стандарту IP 54 — они влагостойкие и могут использоваться в средах с парами пара и повышенной влажностью.
Тип управления и интерфейсы. Обязательно обращайте внимание на наличие подходящих разъемов для подключения, а также возможности управления — одни модели рассчитаны на установку на месте, а другие расположены в отдельной диспетчерской.

Сетевое напряжение

В этом случае действует тот же принцип, что и в предыдущем разделе: чем шире диапазон рабочих напряжений, тем лучше для нас. К сожалению, бытовые электрические сети незнакомы с понятием «стандарт», поэтому лучше максимально защитить технику от возможных падений. Падение напряжения вряд ли приведет к серьезным последствиям (скорее всего, преобразователь просто отключится), но резкое повышение опасно — может вывести прибор из строя из-за взрыва конденсаторов электролитической сети.

Диапазон частотной регулировки

В этом случае следует полагаться исключительно на конкретные производственные требования и требования к устройству. Так, например, для такого оборудования, как болгарки, важно значение максимальной частоты (от 1000 Гц). Стандарт для нижнего предела — это отношение от 1 к 10 по отношению к верхнему пределу. На практике чаще всего используются преобразователи с диапазоном частот от 10 до 100 Гц.Обратите внимание, что только модели преобразователей с векторным управлением имеют широкий диапазон регулирования.

Входы управления

Дискретные входы предназначены для передачи команд управления в преобразователи. Они используются для запуска двигателя, остановки, торможения, обратного вращения и т.д. Аналоговые входы используются для сигналов обратной связи, которые контролируют и регулируют привод непосредственно во время работы. А цифровые используются для передачи высокочастотных сигналов, генерируемых энкодерами (датчиками угла).

На самом деле, чем больше входов, тем лучше, но их большое количество не только затрудняет настройку устройства, но и увеличивает его стоимость.

Количество выходных сигналов

Дискретные выходы преобразователя необходимы для вывода сигналов, указывающих на проблемы, такие как перегрев устройства, отклонение входного напряжения от нормы, сбой, ошибка и т.д. Аналоговые выходы необходимы для передачи обратной связи в сложных системах. Принцип выбора тот же: искать баланс между количеством сигналов и стоимостью устройства.

Шина управления

В поисках подходящей шины управления поможет схема подключения преобразователя частоты — количество выходов и входов должно быть как минимум одинаковым, но шину лучше покупать с небольшим запасом — чтобы было намного проще для дальнейшего улучшения устройства.

Перегрузочные способности

считается нормальным, если мощность преобразователя частоты на 10-15% превышает мощность двигателя. Ток также должен быть немного выше номинальной мощности двигателя. Однако этот выбор «на глаз» рекомендуется только тогда, когда техническая документация на двигатель не требуется. Если возможно, внимательно прочтите требования и выберите подходящий конвертер. Если важны ударные нагрузки, пиковый ток инвертора должен быть на 10% выше указанного значения в%.

Технические особенности применения частотного электропривода

1. Для обеспечения высокой производительности вы можете свободно переключаться в любой режим в настройках.
2. Практически все устройства имеют функции диагностики, позволяющие быстро решить проблему. Однако рекомендуется сначала проверить настройки, чтобы исключить возможность непреднамеренных действий сотрудников.
3. Переменный привод может синхронизировать конвейерные процессы или устанавливать определенное соотношение взаимозависимых значений. Сокращение оборудования приводит к оптимизации технологии.
4. В состоянии автонастройки параметры двигателя автоматически сохраняются в памяти преобразователя частоты. Это повышает точность расчета крутящего момента и улучшает компенсацию скольжения.

Область применения

Производители предлагают широкий спектр приводов, используемых в областях, где задействованы электродвигатели. Идеально подходит для всех типов нагрузок, включая насосы и вентиляторы. Системы среднего класса используются на угольных электростанциях, горнодобывающей промышленности, мельницах, ЖКХ и т.д. Диапазон номинальных значений выглядит следующим образом: 3 кВ, 3,3 кВ, 4,16 кВ, 6 кВ, 6,6 кВ, 10 кВ и 11 кВ.

С появлением регулируемого электропривода регулировка давления воды для конечного пользователя не вызывает проблем. Продуманный скриптовый интерфейс идеально подходит для управления насосным оборудованием. Благодаря компактной конструкции преобразователь может быть установлен в шкафу различной конструкции. Продукция нового поколения обладает свойствами передовых технологий:

• высокоскоростное и точное управление векторным режимом;
• значительная экономия энергии;
• быстрые динамические характеристики;
• большой низкочастотный крутящий момент;
• двойное торможение и так далее

Назначение и технические показатели

Комплектные преобразователи частоты на напряжение до и выше 1 кВ (предназначены для приема и преобразования энергии, защиты электрооборудования от токов короткого замыкания, перегрузок) позволяют:

• плавно запустить двигатель и, как следствие, снизить его износ;
• остановитесь, поддерживайте частоту вращения коленчатого вала.

Комплектные шкафные частотно-регулируемые приводы до 1 кВ выполняют те же задачи по отношению к двигателям мощностью от 0,55 до 800 кВт. Привод работает нормально при напряжении сети от -15% до + 10%. В непрерывном режиме снижение мощности происходит при напряжении 85% -65%. Общий коэффициент мощности cosj = 0,99. Выходное напряжение автоматически регулируется с помощью автоматического резерва (АВР).

Выпускаемые модели

Во многих сферах используются асинхронные двигатели, работа которых отличается высокими показателями стабильности и безопасности. Это особенно важно, так как каждое устройство имеет свои индивидуальные особенности, поэтому необходимы инверторы, обеспечивающие оптимизацию параметров электропитания. В новую линейку оборудования вошли:

1. 
   Emotron FDU 2.0 — преобразователь частоты последнего поколения шведской компании Emotron. Устройство работает в диапазоне от 0,75 до 1,6 кВт и рассчитано на разные группы напряжений: 3 × 380 В, 3 × 500 В, 3 × 690 В. Инвертор в основном используется для насосного оборудования или вентиляции.
2. Emotron серии CDU / CDX — это оборудование, предназначенное для управления работой лифта. Инверторы этой марки устанавливаются как на новые лифты, так и для модернизации старых конструкций. Их монтируют в машинном отделении или непосредственно у шахты.
3. «Лидер»: преобразователь частоты используется для управления асинхронными двигателями насосов, вентиляционного оборудования, мельниц, дробилок, центрифуг и так далее. Устройство исключает наличие динамических ударов при пуске, что позволяет увеличить срок службы двигателя и механизма привода в 1,5-2 раза.
4. Серия Easydrive Smart — это инвертор с выходной мощностью от 1 Гц до 2 кГц. Отличается автоматическим определением параметров электродвигателя при неподвижном механизме. Устройство имеет семь программируемых переключающих входов, которые позволяют выполнять до 30 функций.

Все модели позволяют изменять направление вращения вала электродвигателя, экономя основные энергоресурсы и снижая эксплуатационные расходы.

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Если схематично рассматривать установку преобразователя частоты, то вес процесса сводится к соединению контактов самого устройства, электродвигателя и блока управляющих предохранителей. Достаточно соединить провода всех элементов, подключить мотор к сети и запустить его.

На первый взгляд ничего сложного в этом нет, но, на самом деле, процедура установки имеет свои нюансы:

очень важно, чтобы предохранитель был установлен в цепи между самим преобразователем частоты и источником питания. Позволит своевременно отключать устройства при скачках напряжения, сохраняя их работоспособность

примечательно, что при подключении к трехфазной сети необходимо, чтобы сам предохранитель тоже был трехфазным, но имел общий рычаг отключения. Это позволит отключить питание на всех фазах одновременно, даже если только одна из них имеет короткое замыкание или перегрузку. Если инвертор подключен к однофазной сети, предохранитель также должен быть однофазным. В этом случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы его монтажа. С ними нужно ознакомиться перед тем, как приступить к работе.

Фазовые выходы преобразователя частоты подключены к контактам самого электродвигателя. В этом случае, в зависимости от напряжения преобразователя частоты, обмотки двигателя могут иметь форму звезды или треугольника. Обычно на корпусе двигателя указано два напряжения. Если единица частоты соответствует наименьшей, то обмотки соединяются «звездой», если наибольшей — «треугольником». Вся эта информация обычно напечатана в инструкции.

Практически все преобразователи частоты оснащены панелью дистанционного управления. Он не является обязательным элементом схемы, ведь в самом устройстве тоже есть свои органы управления, но он может значительно упростить работу с оборудованием. Консоль может быть установлена ​​на любом расстоянии от преобразователя частоты. Обычно это делается следующим образом: преобразователи частоты, имеющие невысокую степень защиты, располагаются дальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно на рабочее место возле оборудования.

Не менее важным шагом при установке преобразователя частоты является его пробный запуск. Осуществляется по следующей схеме:

• После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, преобразователь частоты, двигатель) необходимо переместить ручку на панели управления на несколько градусов в активное положение.
• Установите тумблеры предохранителей в положение «ON». После этого на преобразователях частоты должны загореться лампочки, которые будут сигнализировать о том, что оборудование подключено правильно, и двигатель должен начать медленно вращаться.
• Если вал двигателя начинает вращаться в другом направлении, в нужную сторону, преобразователь частоты должен быть перепрограммирован на обратное движение. Практически все современные устройства поддерживают эту функцию.
• Постепенно перемещайте ручку управления и наблюдайте за двигателем — скорость вала должна увеличиваться по мере перемещения ручки.

Если при запуске теста проблем не обнаружено, значит, все сделано правильно и систему можно включить в рабочий процесс.

Способы подключения и настройка

Все современные преобразователи частоты оснащены специальными кабелями для более удобного подключения к электродвигателю. Вся сложная схемотехника уже смонтирована в корпусе агрегата. В электрической схеме инвертор занимает место сразу после выключателя, который должен соответствовать номинальному рабочему току электродвигателя.
Когда привод подключен к однофазной цепи, порог срабатывания автоматического выключателя рассчитывается таким образом, чтобы он в три раза превышал рабочий ток в этой цепи.
Для трехфазного питания необходимо использовать специальный трехфазный переключатель с общим рычагом. Ток отключения машины в этом случае должен быть равен рабочему току каждой из фаз двигателя.

«Внимание! Установка автоматического выключателя при подключении двигателя к инвертору должна производиться в разрыв нулевого провода. Запрещается устанавливать автомат в разрыв заземляющего кабеля! ”

Подготовка к подключению преобразователя частоты заключается в правильном подключении проводов и жил кабеля необходимого сечения к соответствующим клеммам подключаемого электродвигателя.

Способы подключения преобразователей частоты к электродвигателям:

Треугольник. Выходы преобразователя подключены к последовательно включенным обмоткам статора управляемого двигателя. Это подключение используется для бытового подключения к однофазным сетям, где напряжение на выходе инвертора не превышает входное значение более чем на 50%.

Дополнительные рекомендации по уходу за оборудованием

Чтобы продлить срок службы накопителя, следуйте этим рекомендациям по обслуживанию:

• необходимо постоянно проводить внутреннюю очистку устройства от скопления пыли. Учтите, что пылесос из-за его уплотнения не всегда справляется с этой задачей — избавиться от пыли с помощью небольшого компрессора намного проще.
• Регулярно проверяйте компоненты схемы и незамедлительно заменяйте их. Помните, что все элементы имеют разный срок службы: охлаждающие вентиляторы рассчитаны на 2-3 года, электролитические конденсаторы — на 5, а предохранители — на 10. Внутреннюю схему устройства следует заменять примерно каждые 6 лет.
• Принцип своевременного реагирования следует применять и к воздействию периодического нагрева деталей устройства. За счет этого термопаста высыхает, что также приводит к выходу из строя конденсаторов. Старайтесь менять его чаще, чем раз в 3 года.

Внимание к внешним условиям, в которых установлен преобразователь частоты, также может значительно продлить срок его службы. Это должно быть хорошо вентилируемое место, вдали от прямых солнечных лучей, жидкостей и легковоспламеняющихся материалов в непосредственной близости, без мусора, металлических и деревянных стружек, пыли, капель масла, вибраций, домашних животных, мышей, тараканов .. установка должна быть плоской и стабильный. В некоторых случаях необходимо обращать внимание на положение преобразователя относительно уровня моря — на каждые 100 метров перепада высот температура окружающей среды может снижаться на 0,5˚C по сравнению с нормой (-10˚C — + 45˚С).