Принцип работы частотника. Частотный преобразователь изменяет частоту и уровень напряжения питания мотора. Это позволяет регулировать.

Содержание

Частотные преобразователи

Частотный преобразователь  ABB

В устройство частотных преобразователей входят два элемента: управляющая часть и электрический привод. Привод содержит схемы, которые состоят из транзисторов (или тиристоров). Транзисторы играют роль электронного ключа. Микропроцессор — это основа управляющей части. Он обеспечивает управление и контролирует  силовые электронные ключи. Также процессор отвечает за другие вспомогательные функции, он обеспечивает защиту, диагностику и контроль.

Исходя из принципа работы электропривода и его строения, все преобразователи подразделяются на 2 класса:

  1. С непосредственной связью.
  2. abb преобразователи с наличием промежуточного звена постоянного тока.

Каждый, приведенный выше, класс имеет определенные преимущества и недостатки, исходя из которых решается, где его применить и в какой сфере он будет наиболее рационально использован.

Abb частотные преобразователи acs используются, обычно, на производстве упаковок, этикеток, а также дозирующем производстве, там, где необходимо плавно регулировать скорость технологического процесса, и в одновременно с этим выдвигаются высокие требования к размеру и цене оборудования. К примеру, для насоса,  у которого момент вращения — переменный, также применяют преобразователь частоты этой серии. Готовые макросы, нетрудное программирование и установка не отнимут много времени.

Самое широкое использование в современном регулируемом приводе находят преобразователи со звеном постоянного тока.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя. Что это такое, как он устроен.

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом. Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по.

Частотные преобразователи: структура, принцип работы

Преобразователи частоты Mitsubishi Electric

Преобразователи частоты Mitsubishi Electric представлены несколькими сериями устройств, подходящих для работы с различными видами электродвигателей.

Модификации частотных преобразователей Mitsubishi Electric

Преобразователи от Mitsubishi Electric имеют несколько отличных вариантов исполнения, рассчитанных на работу с разными видами электрических двигателей по мощности:

Область применения преобразователей от Mitsubishi Electric

Многообразие серий позволяет применять частотные преобразователи Mitsubishi практически во всех современных отраслях промышленности:

  • текстильная промышленность,
  • строительная отрасль,
  • машиностроение,
  • металлургическая промышленность,
  • горнодобывающая промышленность,
  • нефтегазовая отрасль,
  • целлюлозно-бумажная промышленность,
  • пищевое производство,
  • сельское хозяйство и т.д.

В качестве примеров конкретных видов оборудования, работающих с преобразователями Mitsubishi Electric, можно привести такие варианты:

  • приводы автоматических дверей и ворот,
  • насосное оборудование, компрессоры,
  • грузоподъемное оборудование, включая лифты, краны,
  • конвейерная техника, транспортеры,
  • системы подачи материала,
  • оборудование для смешивания,
  • станки,
  • печатные машины,
  • металлообрабатывающее оборудование,
  • упаковочные машины,
  • вентиляторы, нагнетатели, вытяжки, кондиционеры и многие другие.

Назначение преобразователей Mitsubishi

Преобразователи частоты от Mitsubishi Electric могут решать различные задачи:

  • управление вращением электродвигателя,
  • контроль и регулирование параметров производственных процессов с помощью ПИД-регулятора,
  • работа в качестве промышленного логического контроллера,
  • автоматизация работы оборудования,
  • защита двигателя,
  • обмен информацией о ходе работы с подключенным оборудованием,
  • снижение потребления энергии рабочим оборудованием,
  • аварийная остановка оборудования и многие другие.

Преимущества выбора преобразователей частоты Mitsubishi Electric

Различные серии преобразователей частоты от Mitsubishi могут иметь различные преимущества в работе:

  • совместимость с различными видами электродвигателей,
  • встроенные функции дополнительного оборудования: ПЛК, ПИД-регулятора, тормозных систем, фильтра электромагнитных помех, часов реального времени и других,
  • возможность задание многошаговых программ управления,
  • автоматическая настройка параметров работы двигателя с возможностью автоматического изменения частоты при изменении уровня нагрузки,
  • автоматический подхват двигателя и перезапуск работы после падения напряжения,
  • улучшенные режимы энергосбережения с возможностью учета сэкономленной электроэнергии и вывода результатов подсчета на экран преобразователя,
  • простота монтажа и ввода приборов в эксплуатацию,
  • различные варианты конструкции преобразователя, в том числе возможность выбора моделей с подходящим вариантом панели управления,
  • наличие моделей, рассчитанных на работу в запыленной среде, защищенных от попадания влаги,
  • возможность управления несколькими видами оборудования,
  • наличие дополнительных портов для подключения внешнего оборудования, в том числе интерфейсов RS485, USB и других вариантов, в том числе с поддержкой большинства современных стандартов обмена данными,
  • встроенные функции самодиагностики преобразователя с определением срока службы, возникновения проблем в работе,
  • улучшенные защитные системы с возможностью аварийной остановки и многие другие.

Возможные ограничения работы с преобразователями от Mitsubishi

Каждая конкретная серия преобразователей Mitsubishi рассчитана на работу с определенными двигателями в условиях рассчитанной нагрузки. При выборе модели частотного преобразователя Mitsubishi Electric необходимо исходить из требований электродвигателя рабочего оборудования и характеристик выбранной модели. Модели, рассчитанные на работу с двигателями малой мощности, не подойдут для работы с высокомощным оборудованием.

Большая часть серий рассчитана на работу в условиях, защищенных от вредных воздействий внешней среды, возможного попадания пыли и влаги в рабочую зону. Для работы в описанных условиях необходимо выбирать серии моделей с высоким классом защиты IP54/IP55, например, FR-A846, FR-F746.

Принцип работы преобразователя частоты Mitsubishi Electric

Принцип работы преобразователей от Mitsubishi Electric соответствует стандарту работы устройств, регулирующих частоту вращения электродвигателей. Преобразователь должен быть подключен к сети питания на входе и к рабочему двигателю на выходе. Входное напряжение от сети, проходя через выпрямитель и инвертор преобразователя, модифицируется в соответствие с необходимыми параметрами для работы двигателя. Скорость вращения электродвигателя напрямую зависит от величины напряжения, подаваемого преобразователем частоты Mitsubishi.

При работе через интерфейс RS-485 преобразователь частоты но и выдавать информацию о своем текущем состоянии на другие устройства.

Что такое преобразователь частоты

Что такое преобразователь частоты и для чего он нужен

Получить консультацию

В данной статье мы рассмотрим что такое частотный преобразователь, сферы применения преобразователей частоты, их плюсы и минусы, а также схемы частотников.

  1. Виды преобразователей частоты
  2. Способы управления преобразователем
  3. Режимы управления частотными преобразователями
  4. Преимущества частотных преобразователей
  5. Сферы применения

Преобразователи частоты (или частотники) – электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения этих устройств – изменение частоты вращения и крутящего момента электрических машин асинхронного типа. Принцип действия управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения.

Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, насосных агрегатов, регулирующей арматуры и других устройств. Основным недостатком этих электрических машин являются постоянная скорость вращения, большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей возможно устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока.

Виды преобразователей частоты

Частотные преобразователи различаются по конструкции, принципу действия, способу управления. По конструктивному исполнению преобразователи частоты разделяют на две большие группы:

Электромашинные частотники.

Электромашинные или индукционные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в режим генератора. Применяются такие электротехнические устройства относительного редко, в условиях, где затруднено или невозможно применение электронных частотных преобразователей.

Электронные преобразователи.

Полупроводниковые ЧП состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на базе микроконтроллеров. Это электротехническое оборудование пригодно для трехфазных и однофазных приводов любого назначения. Различают ЧП с непосредственной связью с питающей сетью и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.

Непосредственные преобразователи частоты

Такие частотники построены на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, включенных по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.

Устройства такого типа включаются непосредственно в питающую сеть. 

Плюсы непосредственных преобразователей частоты:

  • Возможностью рекуперации электроэнергии в сеть при работе в режиме торможения двигателя. Непосредственное включение обеспечивает двусторонний обмен электричеством.
  • Высоким к.п.д. за счет однократного преобразования частоты.
  • Возможностью наращивания мощности за счет присоединения дополнительных преобразователей.
  • Широким диапазоном низких частот. Непосредственные преобразователи обеспечивают стабильную работу привода на малых скоростях.

Минусы непосредственных преобразователей частоты:

  • Аппроксимированная форма выходного напряжения с наличием постоянных составляющих и субгармоник. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает момент, создает помехи.
  • Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичную характеристику сетевого напряжения. Таким образом, при помощи этих устройств можно только снижать скорость вращения двигателей.
  • Основная сфера непосредственных преобразователей – электроприводы на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Частотные преобразователи этого типа выполнены на базе схемы двойного преобразования. Питающее сетевое напряжение преобразуется в постоянное, затем сглаживается и инвертируется в переменное выходное напряжение заданной частоты.

Плюсы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

  • Возможностью получения выходного напряжения с частотой как выше, так и ниже аналогичного параметра сети питания. Частотники на базе схемы двойного преобразования используют для высоко- средне- и низкоскоростных электроприводов.
  • Чистой синусоидальной формой напряжения на выходе. Схема преобразователя позволяет получать переменное напряжение с минимальным отклонением от синусоидальной формы.
  • Возможностью построения простых и сложных силовых и управляющих схем для приводов с различными требованиями к скорости реагирования, диапазону скоростей.
  • Возможностью адаптации к сетям постоянного тока. Преобразователи данного типа можно приспособить для питания от резервных и аварийных источников постоянного тока без дополнительных устройств. Это позволяет применять такие частотники в приводах ответственного оборудования с резервными источниками электроэнергии.
  • Разнообразием алгоритмов управления. Преобразователи со звеном постоянного тока можно запрограммировать и адаптировать практически ко всем электроприводам, в том числе и претенциозным, где требуется особо точное регулирование скорости и момента.

Минусы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

  • Относительно большую массу и габариты, что обусловлено наличием выпрямительного, фильтрующего и инверторного блоков.
  • Повышенные потери мощности. Схема двойного преобразования несколько уменьшает общий к.п.д.

Устройство преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока

Состоят такие преобразователи из нескольких основных блоков:

  • Выпрямителя. Для ЧП используются диодные и тиристорные преобразователи постоянного тока. Первые отличаются высоким качеством постоянного напряжения практически с полным отсутствием пульсации, низкой стоимостью и надежностью. Однако диодные выпрямители не позволяют реализовать возможность рекуперации электроэнергии в сеть при торможении двигателя. Выпрямители на тиристорах обеспечивают возможность протекания тока в обоих направлениях и позволяют отключать преобразователь от сети без дополнительной коммутирующей аппаратуры.
  • Фильтра. Выходное напряжение тиристорных управляемых выпрямителей имеет значительную пульсацию. Для ее сглаживания используют реакторы, емкостные или индуктивно-емкостные фильтры.
  • Инвертора. В ЧП используют инверторы напряжения и тока. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть и применяются для управления электрическими машинами с частым пуском, реверсом и остановкой, например, крановыми двигателями.
  • Частотники на базе инверторов напряжения выдают на выходе напряжение формы “чистый синус”. Благодаря этому преобразователи такого типа получили наиболее широкое распространение.
  • Микропроцессора. Этот блок осуществляет управление входным выпрямителем, прием и обработку сигналов с датчиков, взаимодействие с автоматизированной системой высшего уровня, запись и хранение информации о событиях, формирует выходное напряжения ЧП соответствующей частоты. А также выполняет функции защиты от перегрузок, обрыва фазы и других аварийных и ненормальных режимов работы.

Способы управления преобразователем

По принципу управления различают 2 основных вида частотных преобразователей:

ЧП со скалярным управлением

Частотники этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью, простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярные ЧП используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

ЧП с векторным управлением

Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ЧП такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать необходимый момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования. Применение векторных ЧП позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

ЧП с векторным управлением делятся на преобразователи бездатчикового типа и устройства с обратной связью по скорости. Последние используются для приводов с широким диапазоном регулирования скорости до 1:1000, необходимости позиционирования точного положения вала, регулирования момента при низких скоростях, точного поддержания частоты вращения, пуска двигателя с номинальным моментом. Преобразователи без датчика скорости применяют для приводов с более низкими требованиями.

Режимы управления частотными преобразователями

В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

1) Ручное управление. 

Пуск и остановка электродвигателя осуществляются с панели или пульта управления частотника. При этом преобразователь осуществляет регулировку частоты вращения и остановку при возникновении аварийных ситуаций автоматически.

2) Внешнее управление. 

ЧП с поддержкой интерфейсов передачи данных можно подключать к удаленному ПК для контроля текущих параметров и задания режимов работы привода.

3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”. 

В таком режиме ЧП является исполнительным механизмом внешней системы управления.

4) Управление по событиям. 

Некоторые модели ЧП позволяют запрограммировать время пуска или остановки, работу двигателя в другом режиме. Преобразователи такого типа применяют для полностью или частично автоматизированного технологического оборудования.

Преимущества частотных преобразователей.

Основные преимущества использования частотных преобразователей:

1) Экономия электроэнергии. 

Применение ЧП позволяет снизить пусковые токи и регулировать потребляемую мощность двигателя в зависимости от фактической нагрузки.

2) Увеличение срока службы промышленного оборудования. 

Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межремонтный интервал и продлить срок эксплуатации электродвигателей.
Возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек, электромагнитных тормозов и другой регулирующей аппаратуры. снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования.   

3) Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.

ЧП не имеют движущихся частей, нуждающихся в регулярной чистке и смазке. 

4) Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом. 

Во многих частотниках реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики, они могут встраиваться в многоуровневые системы автоматизации.

5) Широкий диапазон мощности двигателей. 

Частотные преобразователи устанавливают как на однофазные конденсаторные двигатели мощностью менее 1 кВт, так и на синхронные электромашины мощностью в десятки МВт.

6) Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы. 

ЧП комплектуют защитой от перегрузок, коротких замыканий, пропадания фаз. Преобразователи также обеспечивают перезапуск при возобновлении подачи электроэнергии после ее отключения.
Возможность бесступенчатой точной регулировки частоты вращения без потерь мощности, что невозможно при использовании редукторов. 

7) Снижение уровня шума работающего двигателя.

Возможность замены двигателей постоянного тока асинхронными электрическими машинами с частотными регуляторами. Для оборудования, требующего регулировки момента и скорости вращения, часто используются двигатели постоянного тока, скорость вращения которых пропорциональна поданному напряжению. Такие электрические машины стоят дороже асинхронных и требуют дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные электромашины с частотным управлением дает хороший экономический эффект.

Сферы применения

Частотно-регулируемые приводы применяют:

  • Для кранов и грузоподъемных машин. Крановые двигатели работают в режиме частых пусков, остановок, изменяющейся нагрузки. ЧП обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пусках и остановках, остановку крана точно в требуемом месте, снижают нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
  • Для привода нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососов. Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный к.п.д . котельных агрегатов.
  • Для транспортеров, прокатных станов, конвейеров, лифтов. ЧП регулирует скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов, что увеличивает срок службы механических узлов.Для насосных агрегатов. ЧП позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и производительность, и существенно увеличить общий к.п.д системы водоподачи.
  • Для электродвигателей станков. Использование преобразователя частоты вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. ЧП широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

Внедрение частотно-регулируемых приводов дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и ТО двигателей и оборудования, возможности использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до трех лет.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как работает частотный преобразователь

Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость Принцип работы частотного преобразователя.