Устройство и принцип работы преобразователя частоты

Основные составные части ПЧ: выпрямитель, звено постоянного тока, инвертор

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя

Выпрямитель построен на выпрямительных диодах или, что бывает реже, по диодно-тиристорной схеме. Остановимся на самом простом – диодном выпрямлении.

На вход выпрямителя подается трехфазное сетевое напряжение частотой 50 Гц и напряжением 380 В. После выпрямления получаем пульсирующее напряжение, в нем уже есть какие-то пульсации, но оно еще не постоянное.

Напряжение становится постоянным после попадания в промежуточный контур и сглаживает пульсации. Между выпрямителем и соединением постоянного тока помещается так называемый предварительный зарядный резистор.

Резистор предварительной зарядки ограничивает зарядный ток конденсаторов в первый момент, тем самым защищая диоды выпрямителя и сеть от больших скачков тока. При зарядке конденсатора этот резистор отключается и в дальнейшей работе не участвует.

Звено постоянного тока обычно представляет собой набор конденсаторов довольно большой емкости. Задача этого элемента максимально сгладить пульсации напряжения, привести его к постоянному значению.

В нормальной ситуации при напряжении сети переменного тока 380 В значение выпрямленного звена постоянного тока равно 540 В. Если напряжение сети больше или меньше, значение выпрямленного напряжения пропорционально увеличивается или уменьшается.

Виды преобразователей частоты

Преобразователи частоты различаются конструкцией, принципом работы, способом управления. По конструкции преобразователи частоты делятся на две большие группы:

Электромашинные частотники.

Электрические машины или асинхронные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в генераторный режим. Такие электрические устройства применяются относительно редко, в условиях, когда трудно или невозможно использовать электронные преобразователи частоты.

Электронные преобразователи.

Полупроводниковые ТЭ состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на основе микроконтроллеров. Это электрооборудование подходит для трехфазной и однофазной работы для любых целей. Различают ПЭ с непосредственным подключением к питающей сети и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.

Непосредственные преобразователи частоты

Такие частотники строят на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, в том числе по мостовой, перекрестной, нулевой и встречно-параллельной схемам.

Устройства этого типа подключаются непосредственно к электросети.

Плюсы непосредственных преобразователей частоты:

• Возможность рекуперации энергии в сеть при работе в режиме торможения двигателем. Прямое подключение обеспечивает двусторонний обмен мощностью.
• Высокая эффективность благодаря однократному преобразованию частоты.
• Возможность усилить эффект за счет подключения дополнительных преобразователей.
• Широкий диапазон низких частот. Прямые преобразователи обеспечивают стабильную работу преобразователя частоты на малых скоростях.

Минусы непосредственных преобразователей частоты:

• Приблизительная форма выходного напряжения с постоянными составляющими и субгармониками. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает крутящий момент и создает помехи.
• Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичной характеристики сетевого напряжения. Таким образом, с помощью этих устройств можно только уменьшить скорость вращения двигателей.
• Основное направление применения преобразователей прямого действия — электрические станции на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

Принцип работы

Преобразователь частоты – это устройство, плавно изменяющее частоту источника напряжения. Есть устройства, работающие как от однофазной (220 В), так и от трехфазной сети (380 В). Предел изменения частоты от 0,1 Гц до 500 Гц.

Преобразователи бывают двух видов — индукционные и электронные. Индукционные имеют низкий КПД, поэтому их применяют реже. Почти все современные преобразователи частоты представляют собой электронику с системой управления и контроля.

Как преобразователь частоты работает с электродвигателем? Известно, что вал асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором вращается со скоростью, зависящей от частоты питающего напряжения. Скорость ротора определяется по следующей формуле:

п=60*ж/п

где n — частота вращения ротора; f — частота питающего напряжения, p — число пар полюсов статора. Как видите, связь прямая. Чем выше частота питающего напряжения, тем быстрее вращается ротор, чем ниже частота, тем медленнее вращение.

Именно на этой зависимости строится управление асинхронным двигателем с помощью преобразователя частоты, его плавный пуск и остановка. Остается определить, как это делает частотный регулятор.

Устройство частотного преобразователя

Преобразователь частоты для электродвигателя работает следующим образом:

1. Сетевое напряжение подается на выпрямитель, где оно преобразуется в постоянное.
2. На инверторном блоке формируются полярные импульсы (положительный и отрицательный) с необходимой частотой из постоянного напряжения. Импульсы генерируются по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
3. Импульсы преобразуются в синусоиду той же частоты.

Как видите, устройство не слишком сложное, но представляет собой базовый набор блоков. В более сложных моделях встроено несколько, которые обеспечивают контроль параметров и защиту.

Основным узлом преобразователя частоты для электродвигателей является преобразователь. Он не собран на основе IGBT-транзисторов. Когда мы их включаем и выключаем, мы формируем импульсы из постоянного напряжения. Задав частоту включения и выключения, мы получаем на выходе импульс с заданной частотой.

Если изменить скважность импульсов — отношение длительности периода к длительности импульса — изменится площадь импульса, а значит и выходное напряжение. Так мы получаем возможность использовать преобразователь частоты для электродвигателя для изменения не только частоты, но и напряжения.

Последний блок — выравнивание импульсов и превращение их в синусоиду — присутствует не всегда. Частота импульсов на выходе блока преобразователя может достигать нескольких килогерц. А обмотки двигателя имеют большую индуктивность, а сами они выполняют роль выходного фильтра.

Применение

Основными преимуществами использования преобразователя частоты для электродвигателя являются снижение отдачи при пуске и торможении, возможность плавного регулирования скорости. Это дает возможность контролировать работу двигателя без остановки.

Кроме того, вы можете управлять группой двигателей, подключить двигатель 220 В к сети 380 В и наоборот. Все это можно сделать с асинхронными двигателями:

• Вентиляторы, швейные машины.
• Насосы, дымоудаление, компрессоры.
• Центрифуги.
• Крупная строительная техника (бетономешалки, манипуляторы и тд).
• Токарные или фрезерные станки.

Любой электродвигатель при подключении через преобразователь частоты работает стабильно. Ведь большинство устройств позволяют выбрать правильный режим питания для обеспечения нормальной работы.

Преобразователь частоты также может работать с синхронными двигателями. Но выбирать его нужно исходя из потребляемой мощности. Как правило, мощность преобразователя оказывается завышенной, но с этим ничего не поделаешь.

В противном случае двигатель не будет работать. И следует учитывать, что синхронный двигатель при работе на более высоких частотах (выше 50 Гц) будет сильно шуметь и быстрее изнашиваться.

Классификация и виды

Все преобразователи частоты для электродвигателей можно условно разделить на несколько групп:

• Физическое лицо. Разработано под конкретный тип и характеристики двигателя.
• Универсальный. Благодаря возможности изменения параметров они могут работать с разными двигателями.
• Специализированный. Предназначены для конкретных видов оборудования. Например, преобразователи для насосных станций (насосов) и вентиляторов (Mitsubishi FR-F740).
• Умный. Имеют встроенный персональный компьютер, имеют функции самодиагностики. Преобразователь сам следит за состоянием быстроизнашивающихся деталей и сообщает о необходимости замены при исчерпании ресурса.

Самые дешевые – индивидуальные. Но они могут работать только с моторами одного типа/мощности. Специализированные также имеют достаточно ограниченный набор подключаемого оборудования. Универсальные с этой точки зрения хороши, но стоят они гораздо дороже (сложнее схема и больше компонентов).

Но все же самыми дорогими являются интеллектуалы. Многими из них можно управлять с помощью сенсорной панели, а не набора элементов управления. Кроме того, большинство моделей имеют пульт дистанционного управления.

Это практично, так как регулятор частоты можно установить далеко. Обычно их размещают в шкафу или где-нибудь у входа. Если у вас есть пульт дистанционного управления, вы можете управлять работой, находясь рядом с двигателем и не подъезжая к шкафу.

Структура и особенности работы инвентора

После выпрямителя напряжение поступает на преобразователь. Преобразователь является наиболее сложной и важной частью преобразователя частоты. С выхода преобразователя сигнал поступает непосредственно на электродвигатель.

Форма сигнала напряжения на выходе преобразователя представляет собой набор прямоугольных импульсов разной ширины и определенной длительности. Так устроена силовая часть преобразователя частоты.

В схему устройства также входят слаботочные цепи, которые помогают взаимодействию между всеми основными частями инвертора. В частности, имеется центральный процессор, фактически являющийся мозгом инвертора, управляющий как работой инвертора, так и другими частями блока. Процессор получает информацию о выходном токе от датчиков тока, расположенных на выходных цепях инвертора.

Сигнал с датчиков тока обрабатывается, после чего процессор генерирует алгоритм управления, чтобы инвертор мог работать в заданных пользователем условиях. Также имеется блок питания для собственных нужд, он питает как процессорную часть, так и часть, отвечающую за измерение выходного тока и измерение напряжения на звене постоянного тока.

Кроме того, имеется блок драйверных микросхем, которые в свою очередь управляют транзисторами инверторной части, и ряд вспомогательных элементов.

Рис. 2. Принципиальная схема преобразователя

Рассмотрим базовый блок секции преобразователя. Основными элементами силовой части инвертора являются IGBT-транзисторы — мощные, специально предназначенные для работы в ключевом режиме. Это гибрид полевого и биполярного транзисторов. Управляющая часть представляет собой изолированный затвор (как и полевой), а силовая часть повторяет двухполярное устройство, имеющее коллектор-эмиттер.

Силовые элементы выполнены в виде двойного модуля, состоящего из двух последовательно соединенных силовых транзисторов. Каждый из транзисторов зашунтирован диодом в обратном направлении. Так как на выходе должно быть 3 фазы, то в конструкции преобразователя 3 плеча (см рис. 2).

Рис. 3. Эквивалентная схема транзисторов

Чтобы лучше понять принцип работы, рассмотрим эквивалентную схему, где каждый транзистор заменен обычным ключом. На схеме (рис. 3) условными обозначениями показаны 6 ключей (транзисторов) и электродвигатель.

Изучим, как формируются выходные токи в обмотках двигателя. Центральный процессор отвечает за управление транзисторами (переключателями в схеме). Он переключает их строго по определенной программе, которая в основном задается алгоритмом действия.

На схеме показана работа ключей №1, №4, №6. Обратите внимание, что категорически не допускается ситуация, когда и верхний ключ, и нижний ключ замкнуты в одном плече — это короткое замыкание и произведение отказ.

В ситуации, показанной на схеме, ток протекает через открытый ключ № 1, затем поступает на обмотку А электродвигателя, выходит из обмотки В и С и проходит через открытые нижние ключи № 4 и № 6 на отрицательное звено.

Чтобы изменить ток в обмотке С, нужно поменять ключи на среднем плече. Ток по-прежнему будет проходить через открытый ключ № 1 и проходить через обмотку B и ключ № 6 на отрицательную сторону. При этом через замкнутый ключ №3 и ток, протекающий по обмотке С, уходит в минус.

Изменяя положение открытого и закрытого ключей, можно изменить ток в обмотках двигателя. Если это сделать по определенной программе, то получится переменный ток, как при работе двигателя от сети, то есть будет плавное перетекание одной фазы в другую.

Рис. 4. Течение тока в преобразователе

Теперь вместо упрощенной схемы с ключами рассмотрим, как протекает ток в транзисторной схеме на примере реального преобразователя (рис. 4). По сути, этот процесс ничем не отличается от рассмотренного ранее ключевого режима, за исключением того, что мы имеем дело с реальным двигателем, который в принципе является индуктивной нагрузкой.

В момент замыкания ключа индуктивность двигателя не позволит току немедленно прекратиться из-за явления самоиндукции. Этот остаточный ток гасится обратными диодами, подключенными к закрытым транзисторам (см рис. 4), т.е в момент выключения (закрытия) транзисторов дифференциальный ток протекает через обратные диоды, предотвращая тем самым скачки напряжения на ключе.

Но поскольку транзистор действует как переключатель, он может либо подавать на двигатель полное напряжение, либо не подавать его вообще. На практике необходимо добиться как бы установившегося напряжения синусоидальной формы, переменного как по величине, так и по частоте, чтобы управлять скоростью вращения асинхронного двигателя.

Алгоритм работы ШИМ

Далее рассмотрим, как формируется выходное напряжение методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Например, возьмем некую гидравлическую модель, которая поможет нам понять, что происходит.

Рис. 5. Гидравлическая модель

Представим, что есть несколько контейнеров с сосудами. В каждом есть отверстие на дне. С помощью устройства, которое производит капли воды определенного размера с постоянной частотой, мы начинаем наполнять эти сосуды.

Понятно, что там, где размер капли мал, уровень жидкости будет установлен на низком уровне, и чем больше размер капли, тем выше будет уровень жидкости в сосуде. Подбирая размер капель определенным образом, можно добиться огибающей этих уровней (см рис. 5).

Таким образом, получилось изобразить статичную картинку, дающую понимание процесса, как можно из дискретных частей сделать некое подобие аналоговых деталей.

Теперь перейдем к работе в динамике. Представим, что сосуд всего один, но мы меняем размер капель, которыми он наполнен. В нижней части рис. 5 показан процесс в это время — по оси абсцисс время (t), по оси у напряжение (U) или, другими словами, уровень воды в сосуде.

При изменении размера капель меняется средний уровень жидкости, он поднимается, а затем начинает падать. Это уже динамический процесс. Теперь проведем аналогию с электричеством.

Рис 6. Преобразование дискретного сигнала в аналоговый

На рис. На рис. 6 наглядно показано, что происходит с дискретным сигналом, если мы открываем и закрываем ключ с определенной частотой и на определенное время: чем шире импульс открытия транзистора, тем выше определенный средний уровень напряжения (красная огибающая сигнала).

Давайте введем некоторые параметры и объясним их.

• Период ШИМ-сигнала — это время между импульсами. Параметр строго задан и не меняется (из ранее описанного примера, это когда капли все капают с одинаковой частотой, только разного размера).
• Частота модуляции ШИМ обратно пропорциональна длительности периода, это то, что мы имеем как один из параметров при программировании преобразователя частоты. Определяет частоту повторения импульсов на выходе каждого из каналов модуля IGBT.
• Длительность импульса (t-импульс). Это определяется самим процессором. То есть процессор в зависимости от заданного значения выходного сигнала в данный момент решает, как долго должен быть открыт каждый ключ.

Если рассматривать суммарный период изменения этих колебаний, то мы будем иметь период выходной частоты (t-выход). Это выходная частота, которую мы хотим получить на выходе преобразователя частоты. Она прямо пропорциональна скорости вращения двигателя.

Преобразователь частоты обеспечивает отсутствие перегрузки двигателя и пропорциональное уменьшение или увеличение подаваемого на него напряжения на этой частоте. Он сам определяет необходимое время открытия каждой клавиши, то есть определяя t-импульс. И такая ситуация возникает одновременно на трех каналах, ведущих к выходу от инвертора к электродвигателю.

Из рисунка видно, что чем чаще идут импульсы, тем ближе форма напряжения будет к синусоидальной.

Читайте также: Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток что означает DC напряжение и AC напряжение

Критерии выбора частоты

На практике частота ШИМ может быть установлена ​​пользователем, обычно в диапазоне от 1 до 15 кГц. Чтобы получить напряжение более или менее близкое к синусоидальной форме, частота ШИМ должна быть в 20-30 раз больше максимальной выходной частоты, которую вы хотите получить.

Вы можете выбрать частоту ШИМ произвольно для вашей конкретной задачи. Есть несколько параметров, определяющих выбор.

Рис.7. Параметры, влияющие на выбор частоты ШИМ

1. Длина кабеля до двигателя. Чем длиннее кабель, тем ниже может быть установлена ​​частота ШИМ. Например, если у вас длина кабеля 100 метров и более, то нет смысла ставить частоту ШИМ больше 2,3 килогерц, иначе будут большие потери и нерациональное энергопотребление на такой длине.

2. Акустический шум двигателя. Слышен посторонний шум, когда двигатель получает питание от преобразователя частоты. Это зависит именно от установленной вами частоты ШИМ. Чем он выше, тем выше высота звука. Если чистоту поставить более 8-10 килогерц, шума почти не слышно. На более низких частотах (1,3,5 кГц) этот шум значителен и вызывает дискомфорт.

3. Максимальная выходная частота. Большинство двигателей используют максимальную выходную частоту инвертора 50 Гц, поэтому здесь частота ШИМ должна быть как минимум в 20 раз выше. Здесь можно установить частоту 1, 2, 3, 5 килогерц из всего диапазона.

Если вы используете высокоскоростной двигатель, например, 400 герц, вы не должны устанавливать здесь частоту ШИМ 1,3,5 кГц: на выходе не будет синусоиды. Для таких быстроходных двигателей частота ШИМ выбирается максимально возможной для данного инвертора, например 15 килогерц.

4. Тепловыделение преобразовательной части преобразователя. Это связано с тем, что IGBT-транзисторы, формирующие выходное напряжение, неидеальны, они подвержены нагреву в процессе работы. Для эффективного отвода тепла необходимо использовать подходящие радиаторы, вентиляторы охлаждения.

Чем больше рассеивается тепло в этой части инвертора, тем более мощные охлаждающие устройства необходимо использовать.

Потери энергии в частотном преобразователе и способы их снижения

Рассмотрим задачу отвода тепла в инверторной части инвертора. От чего зависят потери транзистора?

Возьмем условный IGBT-транзистор, который включен в цепь с напряжением 500 вольт, ограничительный резистор.

Закрытое состояние: напряжение на затворе отсутствует, напряжение на коллекторе равно напряжению сети, тока нет, небольшие утечки, тепловыделение отсутствует. Открываем транзистор напряжением 10 вольт на затворе, это стандартное напряжение практически для всех транзисторных модулей.

Транзистор не переходит в открытое состояние сразу, у каждого транзистора есть параметр, называемый временем включения или выключения. Типичное значение для наиболее распространенных транзисторов составляет 0,2 микросекунды.

Времени мало, но за это время происходит как напряжение на кристалле транзистора, которое быстро уменьшается, так и возрастающее значение тока, которое также не увеличивается мгновенно. В этот момент происходят потери. И чем выше частота ШИМ, как мы говорили ранее, чем чаще включается и выключается транзистор, тем больше выделяется тепла из-за коммутационных потерь.

При открытии транзистора на некоторое короткое время устанавливается статический режим, продолжается тепловыделение: оно происходит из-за того, что напряжение на транзисторе в момент открытого состояния также не равно нулю, оно определяется потеря кристалла в открытом состоянии.

Его типичное значение составляет 1,5 вольта. Может незначительно меняться в зависимости от технологии изготовления транзистора и т.д.

В этот момент тепловыделение тоже есть, но с потерями в открытом состоянии мы ничего сделать не можем, максимум использовать транзисторы с более низким напряжением в открытом состоянии. Мы можем справиться с потерями переключения, уменьшив частоту ШИМ. Это полезно, если инвертор находится в закрытом шкафу, где он больше нагревается.

Понижая частоту ШИМ, мы можем уменьшить потери инвертора и снизить температуру.

Общие потери преобразователя частоты в виде тепла составляют прибл. 3%.

Потери в выпрямителе происходят через открытые диоды. Падение напряжения на открытом диоде, а также протекающий через него выпрямленный ток приводят к нагреву. Звено постоянного тока, состоящее из электролитических конденсаторов большой емкости, также нагревается, так как процесс заряда и разряда происходит все время.

К потерям также относятся собственные нужды преобразователя частоты: работа вентиляторов охлаждения, электронных схем, вторичного электропитания и т.п.

Дополнительные функции и параметры

Современный преобразователь частоты для электродвигателя представляет собой сложное устройство. Если он сделан на базе процессора, то у него много функций. Даже недорогие модели могут иметь широкий функционал. Для обоснованного выбора стоит знать, что означает каждый из параметров и зачем нужна та или иная функция.

• Выходная частота или диапазон изменения. Здесь все готово. Этот параметр описывает возможности изменения выходной частоты.
• Пределы регулирования напряжения. Тоже нет вопросов.
• Тип преобразования частоты. Может быть векторным или скалярным. Скаляры используются в более простых моделях. Параметры контролируются соотношением между напряжением и частотой. Векторный тип преобразования частоты в FM регулирует работу таким образом, чтобы крутящий момент был постоянным по отношению к нагрузке. Этот способ управления более сложен и надежен; он используется в более дорогих моделях.
• Наличие ПИД-регулятора. Поддерживает давление, температуру и скорость в заданных пределах (установленных на руле или запрограммированных). Должен иметь сигнальные выходы (аналоговые и/или цифровые) для связи с другими органами управления).
• Регулировка скорости. Помогает стабилизировать двигатель во время изменений мощности или скачков напряжения.
• Тип торможения. Обычно рекомендуется останавливать двигатель на холостом ходу — отключать питание и ждать его остановки. Можно использовать плавное торможение — постепенное снижение напряжения. Торможение механическое — когда скорость вращения вала замедляется за счет силы трения. Самый быстрый способ остановить ротор — динамическое торможение. При этом на одну из фаз подается постоянное напряжение. Он взаимодействует с ротором и за короткое время останавливает его.
• Количество выходов с разными частотами. Такой преобразователь частоты для электродвигателя может одновременно управлять несколькими двигателями с разными (фиксированными) скоростями вращения.

Помимо параметров и дополнительных функций на работу влияет качество сборки. Естественно, оборудование лучше брать известных производителей. Хорошо зарекомендовали себя компании ABB, Siemens, Mitsubishi, Omron.

Но их частотники нельзя назвать дешевыми. Если вам нужно сэкономить и внешний вид не столь важен, обратите внимание на отечественных и белорусских производителей. Внешний дизайн, как обычно, хочется улучшить, да и характеристики и стабильность работы неплохие.

Особенности эксплуатации двигателей с частотными преобразователями

Как было сказано выше, применяя преобразователь частоты для электродвигателя, мы уменьшаем потери мощности за счет уменьшения реактивной составляющей тока. Кроме того, есть некоторые вещи, которые вам нужно знать:

• На пониженной скорости двигатель может перегреться. Это связано с уменьшением скорости естественного воздушного потока. Перегрев особенно заметен на скоростях, близких к номинальным. Для снижения температуры в этом случае желательно использовать дополнительный приток воздуха.
• При использовании стандартного электродвигателя (на 50 Гц) на более высоких частотах вращения стоит учитывать состояние подшипников. Из-за возникающей более сильной вибрации они быстрее выходят из строя. Чтобы сгладить это явление, можно использовать прокладки, гасящие вибрацию. Кроме того, частоту нужно выбирать так, чтобы не было резонанса. И помните: на более высоких скоростях вентилятор электродвигателя будет издавать больше шума.
  Работу надо учитывать
• При снижении частоты вращения вала необходимо пропорционально уменьшить нагрузку для нормальной работы. Асинхронный двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент только при номинальной скорости. Поэтому при уменьшении частоты она падает.
• Для длительной работы на пониженных оборотах применяют электродвигатели с пониженной номинальной частотой — от 750 об/мин до 1500 об/мин. Второй вариант — двигатели повышенной мощности.
• Если вы выбираете частотный преобразователь для погружного насоса, вам предстоит сделать выбор не только по мощности, но и по току. Двигатели для этой категории насосов имеют гораздо больший номинальный ток.

При большой длине кабеля от преобразователя к насосу напряжение может быть значительно снижено, что приводит к уменьшению скорости вращения вала двигателя. Чтобы падение было менее значительным, используйте кабель с большим поперечным сечением жилы.

Преобразователь частоты для электродвигателя расширяет возможности использования. Это важно, но не менее важно правильно выбрать, учитывая все функции произведения. Это гарантирует долговременную работу обоих агрегатов.

Подключение к электродвигателю

Для обеспечения безопасной работы желательно установить автоматический выключатель перед преобразователем частоты. Также в трехфазной сети нужен трехфазный автомат, а не три отдельных однофазных. Это позволяет быстро отключить все фазы одновременно, как при перегрузке проводов, так и при перекосе одной из фаз. Номинал машин выбирают в зависимости от тока нагрузки.

Подключение нулевого и заземляющего проводов обязательно. Их вытягивают прямо из соответствующих шин — с помощью проволоки нужной части. Для защиты человека и контроля состояния изоляции целесообразно добавить в цепь еще одно УЗО (устройство защитного отключения). Включается перед машиной.

При возникновении тока утечки автоматический выключатель замыкания на землю одновременно размыкает фазы и нейтраль, полностью отключая цепь.

При покупке дешевых моделей инверторов может потребоваться установка специального реле для пуска и останова, а также фиксация контактов в нужном положении. При этом с выхода автомата провода подаются на реле, а с выхода идут на преобразователь частоты. Двигатели напрямую подключены к инвертору.

Как известно, асинхронные двигатели могут работать как с однофазным, так и с трехфазным напряжением. Перед подключением двигателя к преобразователю частоты необходимо проверить, как соединены обмотки. Они должны быть:

• «звезда» — если напряжение на выходе преобразователя трехфазное;
• «треугольник» — если преобразователь обеспечивает однофазный ток.

Преобразователь частоты для электродвигателя подключается с помощью кабелей (не проводов), сечение и параметры которых соответствуют параметрам устройства. Эти данные, а также рекомендации по подключению должны быть в паспорте устройства. Поэтому внимательно прочитайте руководство пользователя. Это может избавить вас от многих проблем. Тем не менее, могут быть функции.

Первый пуск и настройка

Перед первым включением интегральной схемы на преобразователе частоты устанавливается минимально возможная частота вращения вала. Затем включите машину, подайте питание на преобразователь частоты инвертора. Светодиоды на нем должны загореться. На моделях с экраном на экране появятся индикаторы загрузки устройства. Следующие шаги:

• Коротко нажмите кнопку «Пуск» на преобразователе частоты.
• Вал начинает медленно вращаться. Если он движется не в ту сторону, можно либо перепрограммировать направление вращения (см инструкцию), либо переключить фазы, предварительно выключив автомат.
• Если вал вращается в правильном направлении, с помощью регулятора установите нужную частоту.

На некоторых моделях на дисплее отображается не частота вращения вала, а частота подаваемого напряжения. В таком случае необходимо будет произвести перерасчет значений по таблице.

Состав типового частотного преобразователя (на примере 75 кВт)

Рассмотрим преобразователь частоты мощностью 75 кВт с выходным током 150 ампер. В таком преобразователе используются выпрямительные диоды с номинальным током 200 ампер на рабочее напряжение 1600 вольт, их 6 штук.

Звено постоянного тока состоит из набора электролитических конденсаторов, обычно их соединяют параллельно и последовательно для достижения требуемой емкости и рабочего напряжения.

При этом общая емкость будет равна 6800 мкФ и рабочее напряжение аккумулятора 800 вольт. Инверторная часть состоит из транзисторов IGBT с током в открытом состоянии 300 ампер и рабочим напряжением 1200 вольт. Ниже фото типичного диодного модуля, он состоит из двух диодов в верхней и нижней части (верхнее и нижнее плечо). И IGBT-транзистор тоже состоит из двух транзисторов, верхнего и нижнего плеча.

В маломощных преобразователях (до 15, 22 киловатт и меньше) в качестве силового элемента используется матрица IGBT. Выпрямительная часть собрана в виде готового модуля с тремя выводами для подключения переменного напряжения и одним выводом для подключения плюс-минус постоянного тока.

Здесь резистор предварительной нагрузки или другие элементы подключаются между частью выпрямителя и частью преобразователя. Инверторная часть собрана на 6 транзисторах зашунтированных диодами, т.е готовые выводы для подключения к двигателю.

Одним из обязательных элементов матрицы IGBT является ключ управления тормозным сопротивлением. Как правило, массив БТИЗ имеет встроенный термистор, который позволяет преобразователю частоты измерять температуру силовых элементов и соответствующим образом управлять вентиляторами радиатора.