Перетворювачі частоти, Виробництво

19.08.2015

Перетворювачі частоти

Перетворювач частоти (автоматичний регулятор частоти або інвертор) — це пристрій, що перетворює вхідну напругу 220 В/380 В частотою 50 Гц, вихідна імпульсна напруга допомогою ШІМ (широтноімпульсною модуляції), яке формує в обмотках двигуна синусоїдальний струм частотою від 0 Гц до 400 Гц або навіть до 1600 Гц. Таким чином, плавно збільшуючи частоту і амплітуду напруги, що подається на обмотки асинхронного електродвигуна можна забезпечити плавне регулювання швидкості обертання вала електродвигуна.

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 напруга двигуна, вихідну потужність, момент, стан дискретних входів, загальний час роботи перетворювача та ін

Керування перетворювачем частоти можна здійснювати з вбудованою/ виносний цифрової панелі управління, або з допомогою зовнішніх сигналів. У другому випадку швидкість обертання задається аналоговим сигналом 0-10 або 4-20 мА, а команди пуску, зупинки та зміни режимів обертання подаються дискретними сигналами. Можна відображати параметри системи у вигляді графіків на виносний графічної панелі управління. Існує можливість керування перетворювачем частоти через послідовний інтерфейс (RS232, RS422 або RS485) або від зовнішнього ПЛК з використанням спеціального протоколу (Profibus, Interbus, Device-Net, Modbus і т. д.).

Частотно-регульовані приводи

Регульований асинхронний електропривод або частотно-регульований привід складається з асинхронного електродвигуна і інвертора (перетворювача частоти), який виконує роль регулятора швидкості обертання асинхронного електродвигуна. Застосування частотно-регульованого електроприводу забезпечує:

• зміна швидкості обертання раніше нерегульованих технологічних процесах;

• синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти;

• заміна приводів постійного струму, що дозволяє знизити витрати, пов’язані з експлуатацією;

• створення замкнутих систем асинхронного електроприводу з можливістю точного підтримання заданих технологічних параметрів;

• можливість виключення механічних систем регулювання швидкості обертання (варіаторів, пасових передач);

• підвищення надійності і довговічності роботи обладнання;

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

Економічний ефект

Економічний ефект від впровадження асинхронного електроприводу складається, зокрема, з наступних факторів:

• економія електроенергії в насосних, вентиляторним і компресорних агрегатах до 50%, шляхом зміни частоти обертання;

• електродвигуна на відміну від регулювання продуктивності іншими способами (дроселювання, включення/відключення, направляючий апарат);

• підвищення якості продукції;

• збільшення обсягу продукції та продуктивності виробничого обладнання;

• зниження зносу механічних ланок і збільшення терміну служби технологічного обладнання внаслідок поліпшення динаміки роботи електропривода.

Довідкова інформація

Напругу і фазність харчування

Перетворювачі частоти підключаються до трифазної мережі 380 вольт змінного струму. Також виробляються перетворювачі частоти (інвертори), розраховані на однофазне (двухпроводное) харчування 200-240 вольт змінного струму. Як правило, це малопотужні моделі до 2,2 кВт. Зміна харчування зазвичай становить -15%/+10% від номінального напруги живлення.

Потужність

Як правило, потужність інвертора підбирається рівної потужності електродвигуна. Це правило поширюється на електродвигуни з номінальною частотою обертання 1500 і 3000 оборотів в хвилину. При використанні інших електродвигунів або в деяких особливих випадках застосування вибір перетворювача частоти (інвертора) повинен відповідати наступним умовам: номінальний вихідний струм перетворювача частоти (інвертора) повинен бути не менше номінального струму електродвигуна.

Управління з вольт-частотній характеристиці

Управління з вольт-частотній характеристиці реалізує залежність V/F=const, іменовану також V/F характеристикою і рідше скалярний контроль. Такий алгоритм забезпечує достатню якість регулювання по швидкості і застосовується для керування навантаженнями вентиля торного типу — двигунами насосів, вентиляторів та в інших випадках, коли момент опору мало змінюється в сталому режимі. Застосування управління за вольт-частотній характеристиці незамінне при необхідності керувати декількома двигунами синхронно від одного перетворювача частоти, наприклад у конвеєрних лініях.

Векторне управління

Якщо необхідно забезпечити найкращу динаміку системи, наприклад швидкий реверс за мінімально можливий час, хорошим вибором є, так званий, алгоритм векторного керування, фактично що забезпечує амплітудно-фазове управління. Цей алгоритм дозволяє отримати високий пусковий момент і зберегти його до номінальної швидкості асинхронного електродвигуна. Алгоритм забезпечує високу якість регулювання по швидкості, навіть при стрибкоподібній зміні моменту опору на валу. Важливо і те, що векторне управління дозволяє найкращим чином забезпечити енергозбереження, т. к. перетворювач частоти (інвертор) передає у двигун рівно стільки потужності, скільки необхідно для обертання навантаження із заданою швидкістю, навіть якщо вхідна напруга більше ніж 380 В (наприклад 440-460, що часто зустрічається в промисловій мережі). Економія електроенергії особливо помітна на потужних двигунах 11 кВт і вище. В залежності від застосування досягається економія енергії до 30%, а в деяких випадках до 60%.

Розрізняють сенсорний або повний векторний контроль і бессенсорний векторний контроль.

Сенсорний векторний контроль дозволяє точніше регулювати швидкість асинхронного електродвигуна за допомогою датчика швидкості (енкодера), встановленого на двигуні, і встановлюється на перетворювачі частоти (інверторі) платі зворотного зв’язку.

ПІД-регулятор

Перетворювачі частоти (інвертори) зазвичай мають вбудований ПІД-регулятор (Пропорційна-Інтегральна-Дифферинциальная складова). Перетворювач змінює швидкість обертання двигуна таким чином, щоб підтримувати на заданому рівні певний параметр системи (витрата, швидкість, рівень, тиск, температура і т. д.) завдяки вступу аналогового сигналу 0-10 В або 4-20 ma з датчика. Наявність вбудованого ПІД-регулятора дозволяє спростити систему управління і не використовувати зовнішніх регуляторів.

Вихідна частота

Значення вихідної частоти визначає, в якому діапазоні може змінюватися вихідна частота напруги перетворювача частоти. Наприклад, якщо електродвигун має номінальну частоту живильної мережі 50 Гц номінальна кількість 1500 оборотів в хвилину, то при подачі на нього частоти 100 Гц він буде обертатися в 2 рази швидше, тобто, 3000 об/хв. Слід зазначити, що робота на низьких оборотах і оборотах значно вище номінальних може привести до перегріву електродвигуна.

Кількість аналогових/дискретних входів

Для сполучення ПЧ з системою управління потрібні аналогові та/або дискретні (цифрові) входи. Чим більше входів, тим простіше сполучати перетворювач частоти з зовнішньою системою управління.

Гальма постійного струму

Для здійснення більш швидкого гальмування в одну з фаз двигуна подається постійний струм. Взаємодія магнітного поля в цій фазі з магнітним полем ротора дозволяє зупинити двигун значно швидше, ніж при самовыбеге або при гальмуванні зменшенням напруги (керованому вибігу). Перетворювачі частоти потужністю 7,5 кВт і нижче зазвичай оснащені вбудованим гальмівним резистором. Гальмівний резистор з пристроєм гальмування є додатковою опцією для перетворювачів частоти більшої потужності.

Параметри роботи перетворювача частоти (інвертора)

Велика кількість параметрів дає користувачеві можливість більш гнучко налаштовувати перетворювач частоти для вирішення своїх завдань.

Багатоступінчасте регулювання швидкості

Цю функцію зручно використовувати в технологічних задачах, коли заздалегідь відомі кілька фіксованих швидкостей. Наявність великої кількості установок швидкості, які можна вибрати з’єднанням сигнальних входів перетворювача, видається цікавим великій кількості користувачів.

Енергозбереження

Перетворювач частоти (інвертор) дозволяє економити на непродуктивних витратах енергії, крім того, він має функцію енергозбереження. Ця функція дозволяє при виконанні тієї ж роботи економити додатково від 5% до 60% електроенергії шляхом підтримки електродвигуна в режимі оптимального ККД.

В режимі енергозбереження перетворювач частоти автоматично відстежує споживання струму, розраховує навантаження і знижує вихідну напругу. Таким чином, знижуються втрати на обмотках двигуна, і збільшується його ККД.

Запобігання резонансу

У випадках виникнення резонансу в механічній системі перетворювач частоти обходить резонансну частоту.

Запобігання перекидання ротора

Функція запобігання перекидання ротора або функція обмеження моменту працює в трьох режимах — при розгоні, при гальмуванні та під час роботи. При розгоні, якщо задано занадто велике прискорення і не вистачає потужності, перетворювач автоматично подовжує час розгону. При гальмуванні функція працює аналогічно. При роботі ця функція дозволяє в разі перевантаження замість аварійної зупинки продовжити роботу на меншій швидкості.

Робота в режимі підхоплення працюючого двигуна

У випадках пуску перетворювача частоти (інвертора) обертається при навантаженні для запобігання перекидання застосовується функція пошуку швидкості або функція підхоплення працюючого двигуна. При її використанні перетворювач частоти (інвертор) при пуску визначає швидкість обертання навантаження і починає регулювання не з нуля, а з цієї швидкості.

Функції захисту

ПЧ забезпечують захист самого перетворювача частоти та електродвигуна. Набір функцій захисту визначається моделлю перетворювача частоти (інвертора).

Функції захисту двигуна:

• струмовий захист миттєвої дії;

• струмовий захист двигуна від перевантаження по струму;

• захист двигуна від перегріву.

Практично все перетворювачі частоти (інвертори) мають нижче перераховані функції самозахисту:

• від замикання вихідних фаз;

• від замикання вихідних фаз на землю;

Короткий опис статті: регулятор частоти обертання асинхронного двигуна

Джерело: Перетворювачі частоти — Виробництво

Також ви можете прочитати