10 наиболее часто задаваемых вопросов о преобразователях частоты переменного тока
В этой публикации приведены некоторые наиболее часто задаваемые клиентами вопросы и ответы наших экспертов, которые помогут Вам, если Вы рассматриваете возможность приобретения преобразователя частоты переменного тока.
Максимальное повышение времени безотказной работы при минимизации потребления электроэнергии является основной задачей специалистов, занимающихся проектированием, эксплуатацией и управлением промышленными предприятиями. Для большинства энергоемких производств установка преобразователей частоты переменного тока является идеальным способом для повышения надежности процессов при одновременном снижении потребления электричества.
В этой публикации приведены некоторые наиболее часто задаваемые клиентами вопросы и ответы наших экспертов, которые помогут Вам, если Вы рассматриваете возможность приобретения преобразователя частоты переменного тока.
1. Почему я должен использовать преобразователь частоты переменного тока?
Как правило, оборудование рассчитано на работу при максимальной нагрузке в наихудших условиях. Такой подход к определению мощности применяется, например, при проектировании насосов, вентиляторов и двигателей. Тем не менее, работа на максимальной нагрузке необходима только периодически. Если оборудование постоянно работает на полной мощности, то при этом бесполезно расходуется значительное количество электроэнергии.
Скорость вращения двигателя, используемого для привода оборудования, может легко контролироваться с помощью частотного преобразователя переменного тока. Уменьшение скорости вращения, если не требуется максимальная производительность, значительно снижает потребление энергии. Например, снижение скорости вращения центробежного насоса или вентилятора на 20% приводит почти к 2-кратному уменьшению потребляемой энергии, и эта экономия оказывает непосредственное влияние на итоговые показатели.
2. Где я могу установить преобразователь частоты и сколько свободного места для этого потребуется?
Современные преобразователи частоты имеют небольшие размеры и могут устанавливаться в электрощитовой или, в случае децентрализованной установки, непосредственно возле двигателей и приводимого в движение оборудования. Эти частотные преобразователи также могут быть установлены при модернизации большинства установок, приводимых в движение двигателями переменного тока.
Наиболее важным моментом при выборе частотного привода является выбор места его установки. Это оказывает влияние на степень защиты от проникновения посторонних сред. Например, если предполагается установить преобразователь частоты снаружи помещения или в тяжелых условиях эксплуатации, то потребуется частотный преобразователь со степенью защиты от проникновения посторонних сред не хуже IP66/UL тип 4X. Если привод будет установлен в защитном кожухе, то будет достаточно степени защиты IP20/UL — открытый тип. Чтобы обеспечить работу преобразователей частоты переменного тока в любых условиях, они поставляются с самыми разнообразными степенями защиты.
3. Как запустить преобразователь частоты?
Пуск современного привода осуществляется почти также просто, как и включение выключателя лампочки. Вы должны сообщить условия эксплуатации и скорость вращения двигателя. В большинстве современных преобразователей частоты настройка конфигурации производится автоматически.
Как правило, частотный преобразователь может быть быстро и просто запущен, а скорость задана с помощью клавиатуры, терминала ввода / вывода или по шине Fieldbus. Для обеспечения быстрого ввода привода в эксплуатацию предусматриваются программные инструменты для ПК. При необходимости, возможно посещение учебных курсов для эксплуатационного и обслуживающего персонала.
4. Как контролировать скорость вращения двигателя после установки преобразователя частоты?
Существует два основных способа: контроль опорной скорости и контроль опорного параметра (уставки).
Если задана опорная скорость, то привод поддерживает эту скорость и регулирует скорость вращения двигателя и оборудования соответственно. Опорная скорость может быть задана оператором или поступать от программируемого логического контроллера (ПЛК).
При использовании уставки, привод должен получить значение уставки и соответствующее фактическое значение скорости. Опорное и фактическое значения, как правило, относятся к расходу, давлению или температуре. Уставка передается на преобразователь частоты, который осуществляет регулировку скорости исходя из фактического значения. Встроенный регулятор ПИД обеспечивает поддержание уставки.
5. Выполняет ли преобразователь частоты те же функции, что и пускатель двигателя?
Многие клиенты покупают привод для использования в качестве пускателя двигателя в определенных условиях эксплуатации. Во многих случаях, это оправдано. Тем не менее, в некоторых условиях применения, до или после привода необходимо установить контактор, который отключит двигатель после его остановки.
Благодаря использованию частотного преобразователя при пуске можно задать минимальную скорость вращения с последующим плавным её повышением до нужного значения. Таким образом, преобразователь частоты работает в качестве устройства плавного пуска. Это полезно в различных условиях применения, например, при пуске упаковочных линий или линий бутылочного розлива, на которых такие хрупкие объекты, как бутылки и банки, транспортируются по конвейеру.
И все-таки, основное преимущество частотного преобразователя заключается в возможности регулирования скорости вращения двигателя в любой момент времени, а не только во время пуска. Кроме того, пусковой ток привода значительно меньше по сравнению с током двигателя с прямым пуском или пуском с переключением звезда-треугольник, что устраняет пусковые пиковые токи, воздействующие на сети электроснабжения.
6. Какие правовые нормы я должен знать при покупке преобразователя частоты для двигателя?
В Европе краеугольным камнем в определении сбалансированной промышленной политики ЕС является Директива по экологическому проектированию энергопотребляющего оборудования 2009/125/EC. Эта директива направлена на повышение экологических характеристик энергопотребляющего оборудования. Регламент ЕС по электрическим двигателям определяет минимальные требований к эффективности двигателей.
Начиная с января 2015 г. изготовители машинного оборудования и систем, использующие новые двигатели с номинальной выходной мощностью от 7,5 до 375 кВт, должны обеспечить класс эффективности не хуже IE3. Альтернативно допускается применение двигателей класса IE2, однако, только в сочетании с преобразователями частоты. С 1 января 2017 г., это требование также будет распространено на двигатели с номинальной выходной мощностью 0,75 кВт и выше.
7. Какое техническое обслуживание требуется для нового установленного преобразователя частоты переменного тока?
Как и любое другое электрическое оборудование, преобразователи частоты переменного тока нуждаются в бережном обращении. Простое техническое обслуживание гарантирует длительную работу привода. Например, следует поддерживать частотный преобразователь в чистоте и не допускать проникновение влаги. Для предотвращения блокировки и перегрева проверяйте оборудование, следите, чтобы вентиляторы охлаждения привода и радиаторы не были грязными и пыльными. Выполняйте такие проверки каждые два месяца.
8. Какова длительность срока службы преобразователя частоты?
Привод рассчитан на работу без поломок и необходимости замены каких-либо основных частей в течение 10 лет, если он установлен и эксплуатируется в предусмотренных изготовителем условиях окружающей среды. Однако, при надлежащем техническом обслуживании и в нормальных условиях эксплуатации, срок службы может быть продлен до 15 лет и больше. Применение передовых методов при проектировании и современных технологий обеспечивает длительный срок эксплуатации преобразователя частоты. Например, использование пленочных конденсаторов на шине постоянного тока в частотных преобразователях VACON приводит к увеличению их ресурса.
9. Какими устройствами для защиты от коротких замыканий оснащаются преобразователи частоты?
К примеру, в состав приводов входят системы для защиты преобразователей частоты от коротких замыканий и коротких замыканий на землю.
Кроме этого, частотные преобразователи оснащаются встроенными системами и функциями, которые можно использовать для защиты технологического оборудования, например, обнаружения насосов без жидкости или заблокированных насосов. Такие системы защиты подают аварийный сигнал или сигнал отказа, который может использоваться техническими службами для устранения подобных неисправностей.
10. Какая допустимая длина кабеля между преобразователем частоты и двигателем?
Ответ на этот вопрос в значительной степени зависит от конструкции привода и, как правило, может быть получен при обращении к технической документации изготовителя. Зачастую, разрешается максимальная длина кабеля, которая определяется исходя их конструкции преобразователя частоты и внутренних компонентов, но также существуют ограничения на максимальную длину кабеля, при которых привод соответствует требованиям стандартов на электромагнитную совместимость. Частотные преобразователи могут устанавливаться в общественных, коммерческих и промышленных условиях. Существуют различные требования к электромагнитной совместимости (EMC) в зависимости от места их установки. Требования к надлежащему типу кабеля и его длине приводятся в документации на приводы. Кроме этого, рекомендуется проверить технические характеристики двигателя на соответствие условиям частотного регулирования.
Преобразователи частоты в целом скрыты от внимания широкой публики, тем не менее, они играют значительную и необходимую роль в современной повседневной жизни, делая наш мир и наш образ жизни более рациональным. Вы можете прочитать больше о линейке приводов VACON® и VLT® компании Danfoss Drives здесь.
Применение частотных преобразователей ERMAN
Команда КБ АГАВА продолжает работать над совершенствованием своей продукции. Вы можете помочь нам в этой работе, ответив на вопросы анкеты, адресованной тем, кто на практике познакомился с тем или иным нашим изделием.
Итак, вы купили частотный преобразователь ERMAN.
1. Как давно вы преобрели ERMANGIZER:
менее 3 месяцев назад от 3 месяцев до 1 года от 1 года до 3 лет более 3 лет
2. Возникали ли проблемы при монтаже:
да, очень серьезные несущественные никаких проблем
3. Приходилось ли вам обращаться в службу техподдержки КБ АГАВА:
нет да, однократно да, неоднократно
4. Если обращались, каков итог:
очень помогло кое в чем помогло никак не помогло
5. Вы используете ПЧ для управления:
насосным оборудованием вентиляторами и дымососами транспортерами грузоподъемными механизмами иным оборудованием
6. Случаются ли у вас на объекте кратковременные перебои электроснабжения и помогает ли в этой ситуации механизм подхвата частоты:
перебоев не бывает да, перебои случались, механизм срабатывал штатно перебои случались, подхвата не происходило
7. Есть ли у изделия недостатки, на которые разработчикам следует обратить особое внимание:
таких нет есть
8. Руководство по эксплуатации, входящее в комплект поставки:
нужный и полезный документ громоздкое и неудобное мне не нужно совсем, пользуюсь электронной версией
9. Устраивает ли вас время выполнения договоров на поставку изделий::
устраивает хотелось бы побыстрее
10. Как вы оцениваете работу ПЧ ERMAN за все время эксплуатации:
никаких нареканий иногда глючит по мелочи, но можно не обращать внимания были проблемы, но их удалось решить работает плохо сломался, пришлось выбросить (заменить по гарантии)
11. Будете ли вы рекомендовать приобрести ПЧ ERMAN своим коллегам и партнерам:
непременно с высокой вероятностью не исключено вряд ли ни за что
12. Вы впервые узнали о ПЧ ERMAN:
от коллег, партнеров из Интернета (реклама на общедоступных сайтах) из Интернета (информация на отраслевых ресурсах) из печатных источников (буклеты, листовки и т. д.) из рекламы в СМИ из наружной рекламы из социальных сетей
Благодарим за помощь!
Обязательно учтем ваши ответы в дальнейшей работе над изделием.
Команда КБ АГАВА
Предыдущий вопрос
Устройства плавного пуска (УПП) ER-S01 снижает стартовый ток, делая разгон и торможение двигателя более медленными, что позволяет избежать рывков в насосах и гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.
Преобразователи частоты ER-G-220 предназначены для управления однофазными насосами индивидуального водоснабжения частного дома, коттеджа, фермы, небольшого промышленного предприятия.
Частотный преобразователь, для однофазных электродвигателей, применяющийся в конвейерах, компрессорах, вентиляторах, дымососах, станках и др.
Применяются для трехфазных электродвигателей. Электроприводы, требующие точного управления с высокой скоростью реагирования на изменение нагрузки.
- помощь и консультации при подборе оборудования;
- широкий набор функций и возможностей по доступной цене;
- высокая надежность, предоставляется гарантия 18 месяцев;
- техническая и сервисная поддержка от производителя;
- короткие сроки отгрузки, популярные модели всегда в наличии на складе;
- отгрузка от 1 шт. по всей России и СНГ.
Наше видео:
Преобразователи частоты
Разработка, производство и продажа преобразователей частоты для двигателей ERMAN – одна из основных специализаций Конструкторского Бюро «Агава». На сегодняшний день на российском рынке преобразователей частоты в изобилии представлены модели отечественных и зарубежных производителей. Преобразователи частоты ERMAN выгодно отличаются от существующих аналогов своей низкой стоимостью, не уступая многим из них в функциональности и надежности. Преобразователи частоты для двигателей ERMAN производятся с применением инновационных технологий при минимизации внутренних издержек производства.
Преобразователи частоты ERMAN позволяют значительно снизить расход электроэнергии (преобразователи частоты для насосов также экономят воду), автоматизируют производство, повышают его безопасность. Область применения преобразователей частоты ERMAN широка.
КБ «Агава» предлагает несколько серий преобразователей частоты ERMAN:
- преобразователи частоты для насосов / вентиляторов,
- преобразователи частоты для двигателей компрессоров, формовочных машин,
- преобразователи частоты для двигателей подъемно-транспортных механизмов, пищевой промышленности, металло- и деревообработки, текстильной промышленности и т.п.
- преобразователи частоты для станочного оборудования, оборудования для химической промышленности и т.п.
Частотный преобразователь
Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.
Для чего нужен частотный преобразователь?
Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).
Рассмотрим процессы, происходящие в электродвигателе в момент прямого пуска с помощью автоматического выключателя или кнопки включения контактора на примере обычного трехфазного асинхронного двигателя.
На статорные обмотки электродвигателя подается переменное напряжение, которое генерирует соответствующее электромагнитное поле этих обмоток. Это поле, направленное в сторону ротора, в свою очередь заставляет генерироваться электрический ток в короткозамкнутых витках ротора. Затем ток в обмотках ротора генерирует ответное магнитное поле, которое и приводит к движению ротора относительно статора. Все эти процессы, возникающие в момент пуска, называются процессом намагничивания статора и ротора.
Трехфазный электродвигатель сам по себе не нужен: на его валу обязательно присутствует нагрузка (самая простая — в виде лопастей вентилятора). В ситуации с нагруженным конвейером всё сложнее. Тем не менее, у этой нагрузки есть момент инерции – момент, который необходимо преодолеть двигателю для запуска вращения вала. Таким образом, все эти электромагнитные и механические силы в момент пуска напрямую соотносятся с обычным пусковым током двигателя. Как несложно догадаться, этот ток будет в несколько раз (2-7) больше номинального тока двигателя, который получится в установившемся режиме работы.
Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту
Скорость вращения вала как асинхронных, так и синхронных электродвигателей определяется частотой вращения магнитного поля статора. Магнитное поле вращается соответственно подаваемому на обмотки статора переменному току по трем фазам. Именно это «вращение» электрического тока в статоре приводит к вращающемуся магнитному полю и определяется по формуле:
n = (60 • f / p) • (1 — s)
где n – номинальное число оборотов вала асинхронного электродвигателя, p – число пар полюсов (см. на паспортной табличке), s – скольжение (разность скоростей поля ротора и поля статора), f – частота переменного тока (например, 50 Гц). Число пар полюсов статора зависит от конструкции катушек статора. Скольжение зависит от нагрузки на валу электродвигателя. Таким образом, подключив электродвигатель к сети переменного тока, мы получим вращение с постоянной скоростью.
Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?
Заданное в паспортной табличке число оборотов двигателя на 1 минуту не всегда устраивает потребителя. Иногда скорость механизма хочется уменьшить, а давление в трубе наоборот поднять. Возникает потребность в изменении частоты вращения вала электродвигателя. Как видно из формулы выше, наиболее простой способ изменения частоты вращения вала электродвигателя –изменить частоту переменного тока f.
Принцип работы частотного преобразователя
Вот тут и приходит на помощь частотный преобразователь, иначе говоря ЧРП (частотно-регулируемый привод). Он, как говорилось в самом начале, позволяет задавать на своем выходе заданные в настройках амплитуду напряжения и частоту переменного тока.
Частота вы выходе может регулироваться в диапазоне 0.01 — 590 Гц если брать инверторы серии AS3 Toshiba. Для серии S15 Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 500 Гц. Для серии nC3E Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 400 Гц. Это объясняется функциональным назначением разных серий ПЧ.
Напряжение на выходе может изменяться в диапазоне от 0 В до напряжения питания ПЧ, т.е. текущего напряжения на входе частотного преобразователя. Это свойство можно использовать для получения нужного выходного напряжения и частоты, что ценно, например, для испытания стендового оборудования. Правда для этого придется использовать специальный выходной синусный фильтр, чтобы получить чистые синусоидальное напряжение и ток.
С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?
Дело в том, что для поддержания определенного магнитного поля в обмотках статора требуется изменять не только частоту, но и напряжение. Получается, что частота должна соответствовать определенному напряжению. Этот называется законом скалярного управления U/f (V/f), где U или V — напряжение.
Также существует закон векторного регулирования. Векторное регулирование используется для оборудования, где требуется поддерживать необходимый крутящий момент на валу при низких скоростях электродвигателя, высокое быстродействие и точность регулирования частоты вращения. Векторное управление представляет собой математический аппарат в «мозге» частотного преобразователя, который позволяет точно определять угол поворота ротора по токам фаз двигателя.
Использование частотника позволяет убрать большой пусковой ток, достигая таким образом значительного экономического эффекта при частых пусках и остановках электродвигателя.
Схема частотного преобразователя
Ниже представлена типовая схема частотного преобразователя. Входное сетевое трехфазное или однофазное напряжение подается через опциональный входной фильтр на клеммы диодного моста. Неуправляемый диодный (или управляемый тиристорный) мост преобразует переменное напряжение сети в постоянное пульсирующее напряжение. Для фильтрации пульсаций служит звено постоянного тока из одного или нескольких конденсаторов C.
Напряжение в звене постоянного тока после выпрямления трехфазного напряжения будет равно согласно формуле: 380*1,35 = 513 В.
Дроссель DCL в звене постоянного тока позволяет дополнительно сгладить пульсации напряжения после диодного моста и выполняет функции снижения гармоник выпрямителя, инжектируемых в питающую сеть.
Транзисторы T1-T6 инвертора с помощью специального алгоритма системы управления генерируют на клеммы электродвигателя 3 пакета импульсов, разнесенных по трем фазам на 120 градусов во времени. Ни рисунке ниже показана только одна фаза: пачка выходных импульсов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), проходя через обмотку электродвигателя, сгладится до формы, напоминающей синусоиду. Частота импульсов ШИМ (опорная частота) в промышленных преобразователях обычно составляет 3-4 кГц, но для ПЧ малой мощности может доходить до 16 кГц. Чем выше частоты ШИМ, тем будет меньше гармонических искажений «синусоиды» на выходе инвертора. Но при этом возрастают тепловые потери на силовых транзисторах, что уменьшает КПД. В ПЧ Toshiba величину частоты можно изменять, регулируя таким образом тепловые потери.
Выходное напряжение частотного преобразователя будет всегда ниже входного сетевого напряжения. Это связано с потерями в силовом модуле и алгоритме получения ШИМ импульсов.
Между частотным преобразователем и электродвигателем можно установить дополнительный фильтр, позволяющий значительно улучшить форму выходного напряжения после частотника. Это необходимо для того, чтобы импульсы ШИМ не разрушали изоляцию обмоток двигателя и не вызывали перенапряжения на конце длинного кабеля. Подробнее о выходных фильтрах.
Тормозной прерыватель (Brake Chopper)
На схеме частотного преобразователя можно заметить еще один транзисторный ключ T7. Его назначение — сброс энергии звена постоянного тока при значительном превышении напряжения на конденсаторах. Перенапряжение возникает в том случае, когда частота вращения вала электродвигателя превышает частоту тока на клеммах электродвигателя (например, при торможении). Это часто встречается на кранах или крупных вентиляторах, когда невозможно быстро затормозить вращение.
При наступления события превышения напряжения DC, этот транзисторный ключ T7 замыкается, передавая энергию звена постоянного тока на тормозной резистор. Конечно, резистор при этом может очень сильно нагреться и даже разрушится, но при этом не пострадает наиболее дорогое оборудование — частотный преобразователь.
Тормозной резистор является опциональным оборудованием и подключается к специальным клеммам преобразователя частоты.
КПД частотного преобразователя
Такие важные параметры как КПД частотника и производительность воздушного потока для его охлаждения можно посмотреть в соответствующем столбце следующей таблицы на примере серии VF-AS3 TOSHIBA.
| Питающая сеть | Допустимая мощность двигателя (kW) | Типоразмер частотника | Размер корпуса | КПД | Мощность тепловыделения на радиаторе охлаждения (Вт) *1 | Мощность тепловыделения передней части инвертора (Вт) *1 | Требуемое значение потока воздушного охлаждения (м³/мин) | Площадь стенок закрытой стальной оболочки без вентиляции (м²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3-фазы 380/480 В | 0.75 | VFAS3-4004PC | A1 | 0,89 | 56 | 26 | 0.32 | 1.13 |
| 1.5 | VFAS3-4007PC | A1 | 0,93 | 79 | 28 | 0.45 | 1.58 | |
| 2.2 | VFAS3-4015PC | A1 | 0,94 | 100 | 30 | 0.57 | 2.00 | |
| 4.0 | VFAS3-4022PC | A1 | 0,96 | 140 | 33 | 0.79 | 2.80 | |
| 5.5 | VFAS3-4037PC | A1 | 0,96 | 192 | 37 | 1.09 | 3.83 | |
| 7.5 | VFAS3-4055PC | A2 | 0,96 | 233 | 45 | 1.32 | 4.66 | |
| 11 | VFAS3-4075PC | A2 | 0,97 | 323 | 53 | 1.84 | 6.47 | |
| 15 | VFAS3-4110PC | A3 | 0,97 | 455 | 62 | 2.58 | 9.10 | |
| 18.5 | VFAS3-4150PC | A3 | 0,97 | 557 | 70 | 3.16 | 11.14 | |
| 22 | VFAS3-4185PC | A3 | 0,97 | 603 | 71 | 3.42 | 12.06 | |
| 30 | VFAS3-4220PC | A4 | 0,97 | 770 | 94 | 4.37 | 15.40 | |
| 37 | VFAS3-4300PC | A4 | 0,97 | 939 | 107 | 5.33 | 18.78 | |
| 45 | VFAS3-4370PC | A4 | 0,97 | 1101 | 123 | 6.25 | 22.02 | |
| 55 | VFAS3-4450PC | A5 | 0,98 | 1094 | 132 | 6.21 | 21.88 | |
| 75 | VFAS3-4550PC | A5 | 0,98 | 1589 | 175 | 9.02 | 31.78 | |
| 90 | VFAS3-4750PC | A5 | 0,98 | 1827 | 199 | 10.37 | 36.54 | |
| 110 | VFAS3-4900PC | A6 | 0,97 | 2920 | 309 | 16.58 | 58.40 | |
| 132 | VFAS3-4110KPC | A6 | 0,97 | 3457 | 358 | 19.62 | 69.13 | |
| 160 | VFAS3-4132KPC | A6 | 0,97 | 4013 | 405 | 22.78 | 80.26 | |
| 220 | VFAS3-4160KPC | A7 | 0,97 | 5404 | 452 | 30.68 | 108.08 | |
| 250 | VFAS3-4220KPC | A8 | 0,97 | 6279 | 606 | 35.64 | 125.58 | |
| 280 | VFAS3-4250KPC | A8 | 0,97 | 6743 | 769 | 38.28 | 134.86 | |
| 315 | VFAS3-4280KPC | A8 | 0,97 | 7749 | 769 | 43.99 | 154.98 |
*1) В таблице приведены данные для нормального (не тяжелого) режима работы преобразователя частоты.
Области применения и экономический эффект использования частотных преобразователей
Сферы применения преобразователей частоты
- Краны и грузоподъемные машины
Крановые двигатели работают в старт-стопном режиме и переменной нагрузке. Применение частотных преобразователей позволяет убрать рывки и раскачивание груза при пусках и стопах. Также обеспечивается остановка крана точно в требуемом месте. При этом снижается нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент. - Привод нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососах
Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный КПД котельных агрегатов. - Транспортеры, прокатные станы, конвейеры, лифты
Частотник позволяет регулировать скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов. Это увеличивает срок службы механических узлов и позволяет экономить электроэнергию на старт-стопных режимах по сравнению с прямым пуском. - Насосные агрегаты и вентиляторы
Благодаря встроенным ПИД-регуляторам, частотники позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и расход. Также значительно увеличивается общий КПД линии водо- или воздухоподачи. - Перемоточные и намоточные станки
Современные частотные приводы Toshiba содержат 2 встроенных ПИД-регулятора: контроля скорости намотки и контроля позиции в регуляторе натяжения. Таким образом можно обойтись без использования внешнего контроллера для управления скоростью и натяжением перемоточного станка. - Электродвигатели станков с ЧПУ и поворотных механизмов
Использование частотника вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. Встроенное в серию AS3 Toshiba управление несколькими режимами точного позиционирования может быть использовано для построения системы управления без использования контроллера. Таким образом, ПЧ широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования. - Испытательные стенды
В связи с тем, что ПЧ способен регулировать частоту и напряжение на своем выходе, то это можно использоваться для питания разного рода стендовой аппаратуры. Правда, для этого придется после ПЧ установить синусный фильтр для получения синусоидального выходного напряжения. Это позволит подавать на испытуемое оборудование широкий диапазон частот и напряжений.
Преимущества частотных преобразователей
- Экономия электроэнергии
Использование ПЧ позволяет уменьшить пусковые токи и оптимизировать потребляемую мощность благодаря встроенным алгоритмам управления. - Увеличение срока службы электрического оборудования и механизмов
Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межсервисный интервал механизма и увеличить срок эксплуатации электродвигателей.
Появляется возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек для регулирования потока, электромагнитных тормозов и прочей регулирующей аппаратуры, снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования. - Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание
Частотники не нуждающихся в регулярной чистке и смазке, как например, задвижки и редукторы. - Возможность удаленного управления и контроля параметров частотного преобразователя и подключенных к нему датчиков
В частотниках Toshiba реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики. Это позволяет ПЧ встраиваться в системы автоматизации. - Широкий диапазон мощностей и типов двигателей
Линейка ПЧ может применяться для двигателей мощностью от 100 Вт и до нескольких МВт, как на асинхронные, так и на синхронные электродвигатели. - Защита электродвигателя от аварий и перегрузок
Частотные преобразователи содержат в себе защиту от перегрузок, коротких замыканий, обрыва фаз. Функции перезапуска при возобновлении подачи электроэнергии позволяют автоматически запускать двигатель. - Множество функциональных настроек приводов Toshiba
Можно перечислить следующие востребованные функции ПЧ:- Автозапуск/перезапуск ПЧ при появлении напряжения питания
- Возможность включения трехфазного частотника в однофазную сеть питания при определенном конфигурировании параметров
- Множество тонких настроек для работы с подъемно-транспортным, насосным оборудованием, станками
- Сохранение истории аварийных отключений
- Встроенный функционал защиты двигателя от перегрева
- Возможность работы с множеством протоколов связи
- ПИД-регуляторы для различных областей применения
- Работа на множестве предустановленных скоростях
- Толчковая работа двигателя для сложного старта
- Автоподхват вращающегося двигателя
- Линейное, S-образное, 5-точечное задание разгона.
- Пропуск проблемных частот (для насосного оборудования)
- Широкий диапазон частот работы 0-400/500 Гц
- Ручное задание диапазона частот работы электродвигателя
- Легкий перенос настроек с одного частотника на другой
- Работа с асинхронными и синхронными электродвигателями
- Возможность трассировки работы преобразователя частоты для нахождения причины возникновения аварии или предупреждения
- Траверс-контроль для текстильных машин
- Защита от повышенного или пониженного момента (тока) двигателя
Внедрение частотных преобразователей дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и техническое обслуживание электродвигателей и оборудования. Появляется возможность 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 3-х лет.
Частотные преобразователи Toshiba
Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач регулирования скорости электродвигателя. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.
Высоковольтные преобразователи частоты ВПЧ
Выше рассмотрены низковольтные частотные преобразователи. Но также существует множество вариантов высоковольтных преобразователей частоты. Компания СПИК СЗМА является дистрибьютором ПЧ среднего напряжения TMEIC.
- Главная
- Новости
- Профиль компании
- Реализованные проекты
- Контакты
- Аудит систем ПАЗ
- Анализ опасности и работоспособности (HAZOP)
- Информационная безопасность
- Учебный центр
- ПК АРБИТР
- ПК ДЕЛЬТА-СИ
- Сервисный центр Toshiba
- Испытания двигателей, ЧРП и фильтров гармоник
© СПИК СЗМА 1998-2024. Все права защищены.
Частотный преобразователь
Частотный преобразователь, или преобразователь частоты — электротехническое устройство (система управления), используемое для контроля скорости и/или момента двигателей переменного тока путем изменения частоты и напряжения питания электродвигателя.
Согласно ГОСТ 23414-84 полупроводниковый преобразователь частоты — полупроводниковый преобразователь переменного тока, осуществляющий преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты
Частотный преобразователь — это устройство, используемое для того чтобы обеспечить непрерывное управление процессом. Обычно частотный преобразователь способен управлять скоростью и моментом асинхронных и/или синхронных двигателей.
Частотный преобразователь небольшой мощности
Высоковольтный преобразователь
Преобразователи частоты находят все более широкое применение в различных приложениях промышленности и транспорта. Благодаря развитию силовых полупроводниковых элементов, инверторы напряжения и инверторы тока с ШИМ управлением получают все более широкое распространение. Устройства, которые преобразуют постоянный сигнал в переменный, с желаемым напряжением и частотой, называются инверторами. Такое преобразование может быть осуществлено с помощью электронных ключей (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) и тиристоров в зависимости от задачи.
На данный момент основная часть всей производимой электрической энергии в мире используется для работы электрических двигателей. Преобразование электрической мощности в механическую мощность осуществляется с помощью электродвигателей мощностью от меньше ватта до нескольких десятков мегаватт.
-
Современные электроприводы должны отвечать различным требованиям таким как:
- максимальный КПД;
- широкий диапазон плавной установки скорости вращения, момента, ускорения, угла и линейного положения;
- быстрое удаление ошибок при изменении управляющих сигналов и/или помех;
- максимальное использование мощности двигателя во время сниженного напряжения или тока;
- надежность, интуитивное управление.
Конструкция частотного преобразователя
Основными элементами частотного преобразователя являются силовая часть (преобразователь электрической энергии) и управляющее устройство (контроллер). Современные частотные преобразователи обычно имеют модульную архитектуру, что позволяет расширять возможности устройства. Также зачастую имеется возможность установки дополнительных интерфейсных модулей и модулей расширения каналов ввода/вывода.
Функциональная схема частотного преобразователя
Методы управления
На микроконтроллере частотного преобразователя выполняется программное обеспечение, которое управляет основными параметрами электродвигателя (скоростью и моментом). Основные методы управления бесщеточными двигателями, используемые в частотных преобразователях представлены в таблице ниже.
Инвертор напряжения
- Двухуровневый инвертор напряжения
- Трехуровневый преобразователь с фиксированной нейтральной точкой
- Каскадный Н-мостовой преобразователь
- Преобразователь с плавающими конденсаторами
Инвертор напряжения наиболее распространен среди силовых преобразователей.
Двухуровневый инвертор напряжения
Двухуровневый инвертор напряжения (two-level voltage-source inverter) – наиболее широко применяемая топология преобразователя энергии. Он состоит из конденсатора и двух силовых полупроводниковых ключей на фазу. Управляющий сигнал для верхнего и нижнего силовых ключей связан и генерирует только два возможных состояния выходного напряжения (нагрузка соединяется с положительной или отрицательной шиной источника постоянного напряжения).
Схема двухуровневого инвертора напряжения
Фазное напряжение двухуровневого инвертора напряжения
Используя методы модуляции для генерирования управляющих импульсов возможно синтезировать выходное напряжение с желаемыми параметрами (формой, частотой, амплитудой). Из-за содержания высоких гармоник в выходном сигнале для генерирования синусоидальных токов выходной сигнал необходимо фильтровать, но так как данные преобразователи обычно имеют индуктивную нагрузку (электродвигатели) дополнительные фильтры используются только при необходимости.
Максимальное выходное напряжение определяется значением постоянного напряжения звена постоянного тока. Для эффективного управления мощной нагрузкой требуется высокое постоянное напряжение звена постоянного тока, но на практике это напряжение ограничено максимальным рабочим напряжением полупроводников. Для примера низковольтные IGBT транзисторы обеспечивают выходное напряжение до 690 В. Для того чтобы обойти данное ограничение по напряжению в последние десятилетия были разработаны схемы многоуровневых преобразователей. Данные преобразователи сложнее, чем двухуровневые в плане топологии, модуляции и управления, но при этом имеют лучшие показатели по мощности, надежности, габаритам, производительности и эффективности.
Трехуровневый преобразователь с фиксированной нейтральной точкой
В трехуровневом преобразователе с фиксированной нейтральной точкой (three-level neutral point clamped converter) постоянное напряжение делится поровну посредством двух конденсаторов, поэтому фаза может быть подключена к линии положительного напряжения (посредством включения двух верхних ключей), к средней точке (посредством включения двух центральных ключей) или к линии отрицательного напряжения (посредством включения двух нижних ключей). Каждому ключу в данном случае требуется блокировать только половину напряжения звена постоянного тока, тем самым позволяя увеличить мощность устройства, используя те же самые полупроводниковые ключи, как и в обычном двухуровневом преобразователе. В данном преобразователе обычно используются высоковольтные IGBT транзисторы и IGCT тиристоры.
Схема трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой
-
Недостатками данных преобразователей являются:
- Дисбаланс конденсаторов, создающий асимметрию в преобразователе. Данную проблему предлагается решать путем изменения метода модуляции.
- Неравное распределение потерь из-за того, что потери на переключение внешних и центральных ключей отличаются в зависимости от режима работы. Данная проблема не может быть решена с использованием обычной схемы, поэтому была предложена измененная топология – активный преобразователь со связанной нейтральной точкой (active NPC). В этой схеме диоды заменены управляемыми ключами. Таким образом, выбирая соответствующую комбинацию ключей, возможно уменьшить и равномерно распределить потери.
Фазное напряжение трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой
Преобразователь с фиксированной нейтральной точкой может масштабироваться для достижения больше чем трех уровней выходного сигнала путем деления напряжения звена постоянного тока более чем на два значения посредством конденсаторов. Каждое из этих деленных напряжений может быть подключено к нагрузке с использованием расширенного набора ключей и ограничительных диодов. Вместе с увеличением мощности преимуществами многоуровневого преобразователя является лучшее качество электроэнергии, меньшее значение скорости нарастания напряжения (dv/dt) и связанных электромагнитных помех. Однако, когда преобразователь со связанной нейтральной точкой имеет более трех уровней, появляются другие проблемы. С точки зрения схемотехники в таком случае ограничительные диоды требуют более высокое максимальное рабочее напряжение чем основные ключи, что требует использования различных технологий или нескольких ограничительных диодов соединенных последовательно. В дополнение становится критическим неравномерное использование силовых элементов в схеме. В итоге из-за увеличения количества элементов снижается надежность. Приведенные недостатки ограничивают использование преобразователей с фиксированной нейтральной точкой с более чем тремя уровнями в промышленных приложениях.
Многоуровневые преобразователи
Каскадные преобразователи основанные на модульных силовых ячейках со схемой H-мост (cascaded H-bridge — CHB) и преобразователи с плавающими конденсаторами (flying capacitor converter) были предложены для обеспечения большего количества уровней выходного напряжения в сравнении с преобразователями с фиксированной нейтральной точкой.
Каскадный Н-мостовой преобразователь
Каскадный преобразователь — высоко модульный преобразователь, состоящий из нескольких однофазных инверторов, обычно называемыми силовыми ячейками, соединенными последовательно для формирования фазы. Каждая силовая ячейка выполнена на стандартных низковольтных компонентах, что обеспечивает их легкую и дешевую замену в случае выхода из строя.
Схема каскадного преобразователя
Основным преимуществом данного преобразователя является использование только низковольтных компонентов, при этом он дает возможность управлять мощной нагрузкой среднего диапазона напряжения. Несмотря на то что частота коммутации в каждой ячейке низкая, эквивалентная частота коммутации приложенная к нагрузке – высокая, что уменьшает потери на переключение ключей, дает низкую скорость нарастания напряжения (dv/dt) и помогает избежать резонансов.
Фазное напряжение каскадного преобразователя
Преобразователь с плавающими конденсаторами
Выходное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами получается путем прямого соединения выхода фазы с положительной, отрицательной шиной или подключением через конденсаторы. Количество уровней выходных напряжений зависит от количества навесных конденсаторов и отношения между различными напряжениями.
Схема преобразователя с плавающими конденсаторами
Этот преобразователь, как и в случае каскадного преобразователя, также имеет модульную топологию, где каждая ячейка состоит из конденсатора и двух связанных ключей. Однако, в отличие от каскадного преобразователя добавление дополнительных силовых ключей к конденсаторному преобразователю не увеличивает номинальную мощность преобразователя, а только уменьшает скорость нарастания напряжения (dv/dt), улучшая коэффициент гармоник выходного сигнала. Как и у каскадного преобразователя, модульность уменьшает стоимость замены элементов, облегчает поддержку и позволяет реализовать отказоустойчивую работу.
Фазное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами
Конденсаторный преобразователь требует только один источник постоянного тока для питания всех ячеек и фаз. Поэтому, можно обойтись без входного трансформатора, а количество ячеек может быть произвольно увеличено в зависимости от требуемой выходной мощности. Подобно преобразователю с фиксированной нейтральной точкой, этому преобразователю требуется специальный алгоритм управления для регулирования напряжения на конденсаторах.
Инвертор тока
Для работы инвертору тока всегда требуется управляемый выпрямитель, чтобы обеспечить постоянный ток в звене постоянного тока. В стандартной топологии обычно используются тиристорные выпрямители. Чтобы уменьшить помехи в нагрузке, в звене постоянного тока используется расщепленная индуктивность. Инвертор тока имеет схему силовых ключей наподобие инвертора напряжения, но в качестве силовых ключей используются тиристоры с интегрированным управлением (IGCT). Выходной ток имеет форму ШИМ и не может быть напрямую приложен к индуктивной нагрузке (электродвигателю), поэтому инвертор тока обязательно включает выходной емкостной фильтр, который сглаживает ток и выдает гладкое напряжение на нагрузку. Этот преобразователь может быть реализован для работы на средних напряжениях и более того он по природе имеет возможность рекуперации энергии.
Схема инвертора тока с выпрямителем
Прямые преобразователи
Прямые преобразователи передают энергию прямо от входа к выходу без использования элементов накопления энергии. Основным преимуществом таких преобразователей является меньшие габариты. Недостатком – необходимость более сложной схемы управления.
Циклоконвертер относится к категории прямых преобразователей. Данный преобразователь широко использовался в приложениях требующих высокую мощность. Этот конвертер состоит из двойных тиристорных преобразователей на фазу, который может генерировать изменяемое постоянное напряжение, контролируемое таким образом, чтобы следовать опорному синусоидальному сигналу. Вход каждого преобразователя питается от фозосмещающего трансформатора, где устраняются гармоники входного тока низкого порядка. Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. По своей природе данный преобразователь хорошо подходит для управления низкочастотными мощными нагрузками.
Схема циклоконвертера
Матричный преобразователь в его прямой и непрямой версии также принадлежит к категории прямых преобразователей. Основной принцип работы прямого матричного преобразователя (direct matrix converter) — возможность соединения выходной фазы к любому из входных напряжений. Преобразователь состоит из девяти двунаправленных ключей, которые могут соединить любую входную фазу с любой выходной фазой, позволяя току течь в обоих направлениях. Для улучшения входного тока требуется индуктивно-емкостной фильтр второго порядка. Выход напрямую соединяется с индуктивной нагрузкой. Не все доступные комбинации ключей возможны, они ограничены только 27 правильными состояниями коммутации. Как говорилось ранее, основное преимущество матричных преобразователей — меньшие габариты, что важно для автомобильных и авиационных приложений.
Схема прямого матричного преобразователя
Непрямой матричный преобразователь (indirect matrix converter) состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора. Количество силовых полупроводников такое же как у прямых матричных преобразователей (если двунаправленный ключ рассматривается как два однонаправленных ключа), но количество возможных состояний включения отличается. Используя ту же самую конфигурацию непрямого матричного преобразователя, возможно упростить его топологию и уменьшить количество элементов ограничив его работу от положительного напряжения в виртуальном звене постоянного тока. Уменьшенная топология называется разреженный матричный преобразователь (sparse matrix converter).