Частотные преобразователи и аспекты их применения

Использование частотного преобразователя помогает экономить энергию, продлевает срок службы оборудования и обеспечивает более гибкое и эффективное управление производственными процессами.

Что такое частотный преобразователь

Частотный преобразователь, также известный как частотник или преобразователь частоты (ПЧ) – это электронное устройство, предназначенное для изменения частоты питающего напряжения с целью управления скоростью и мощностью асинхронного электродвигателя.
Частотные преобразователи позволяют точно регулировать скорость вращения двигателя в зависимости от требований процесса.

Виды преобразователей частоты

Существует несколько видов преобразователей частоты, каждый из которых имеет свои особенности и применения в различных отраслях.

Вот несколько основных видов преобразователей частоты.

По конструкции различают две основные группы ПЧ: электронные и электромашинные.

Электромашинные представляют собой двигатели переменного тока, работающие в режиме генератора. Из-за большой массы и габаритов, сложности конструкции электромашинные ПЧ используются очень ограниченно, область их применения – условия, где невозможно использовать электронные электроаппараты.

Рассмотрим электронные преобразователи, которые построены на полупроводниковых ключах на следующей элементной базе:

• Тиристоры с управляющими электродами.
• Биполярные и полевые транзисторы.
• Биполярные транзисторы с изолированным затвором.

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.

По принципу управления: различают 2 основных вида частотных преобразователей:

1. Частотный преобразователь со скалярным управлением. Принцип работы частотного преобразователя данного типа заключается в том, что устройство выдает 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 преобразователи используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.
2. Частотный преобразователь 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. 

Частотники 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.

По области применения преобразователи частоты разделяют на:

• Общепромышленные преобразовали частоты. Параметры и алгоритмы работы конфигурируются при настройке. Данные ПЧ подходят для приводов оборудования, применяемого в различных отраслях.
• Специализированные частотные преобразователи, которые имеют набор встроенных функций. Область специального применения может быть для насосов и вентиляторов, кранов, лифтов и т.д.

Преобразователи частоты разделяются также по количеству фаз и напряжению питания:

• Ввод питания 1 фаза 220В, выход 1 фаза 220В: для управления 1-фазными двигателями с питанием 1P/220В
• Ввод питания 1 фаза 220В, выход 3 фазы 220В: для питания 3-х фазными электродвигателями с питанием 3х220В.
• Вводпитания 3 фазы 380В, выход 3P/380В: для питания трехфазных асинхронных электродвигателей.

ПЧ могут различаться по набору функций, мощности и напряжению подключаемых устройств, классу защиты и т.д.

Области применения частотного преобразователя

Примером для применения могут быть вентиляторы, конвейеры, компрессоры и другие системы, требующие переменного управления скоростью двигателя.

Наибольшее распространение для привода промышленного оборудования, механизмов и устройств самого разного назначения имеют асинхронные электродвигатели, которые отличаются простотой конструкции, низкой ценой и другими преимуществами. Однако область их применения ограничивается высокими пусковыми токами и ударными механическими нагрузками на оборудование. Данные двигатели имеют стандартную синхронную скорость вращения (в зависимости от количества полюсов двигателя): 500, 750, 1000, 1500 и 3000 б/мин. и ограниченную возможность регулирования скорости.

Использование преобразователей частоты позволяет обеспечить точное регулирование частоты вращения электродвигателей в соответствии с областью применения, задания требуемых алгоритмов управления, снижения перегрузки.

Применение частотного регулирования в системах вентиляции и кондиционирования обеспечивает:

• поддержание заданных воздухо-напорных характеристик системы;
• защиты электродвигателей приточного и вытяжного вентилятора от перегрузок, обрыва фаз, снижения или повышения питающего напряжения;
•  плавный пуск и значительное снижение пусковых токов.

Какие полезные функции может выполнять преобразователь частоты?

• Плавное или ступенчатое регулирование скорости двигателя;
• Защита от перекоса и обрыва фаз питающего напряжения;
• Защиту от токовых перегрузок двигателя;
• задания режимов пуска, разгона и торможения;
• ПИ- или ПИД-регулирования скорости;
• реализации специальных функций управления, таких как обнаружение обрыва приводного ремня, динамического торможения и т.д.

Преимущества применения преобразователей частоты

Вот некоторые из них:

1. Энергосбережение: преобразователи частоты позволяют оптимизировать работу электродвигателей, что может значительно снизить энергопотребление и операционные расходы.
2. Точное управление скоростью: благодаря использованию ПЧ можно точно регулировать скорость вращения электродвигателя в широком диапазоне, что особенно важно в промышленных процессах.
3. Улучшенная динамика работы оборудования: позволяет добиться более плавного пуска и остановки оборудования, а также увеличить динамику реакции на изменения в процессе.
4. Увеличение срока службы оборудования: плавный пуск двигателя с помощью частотного преобразователя способствует снижению механических нагрузок и износа, что может продлить срок службы оборудования.
5.  Гибкость в управлении производственными процессами: обеспечивают возможность изменять скорость и мощность двигателя в реальном времени, что позволяет адаптировать производственные процессы к изменяющимся условиям.
6. Оптимизация производственных процессов: управление скоростью двигателей с помощью частотных преобразователей позволяет настраивать производственные процессы для достижения оптимальной производительности.
7. Легкость интеграции с автоматизированными системами: частотные преобразователи могут легко интегрироваться с другими автоматизированными системами управления для создания комплексных и эффективных систем управления технологическими процессами. Промышленные ПЧ поддерживают интерфейсы связи Modbus RTU, Modbus TCP/IP и другие протоколы обмена данными. 
8. Снижение электромагнитных помех: ПЧ способны снизить уровень электрических помех в сетях и обеспечить более стабильную работу электрооборудования.

Эти преимущества делают преобразователи частоты важным элементом для оптимизации производственных процессов, повышения надежности и энергоэффективности оборудования.

Наша компания предлагает широкий спектр частотных преобразователей для управления систем вентиляции, насосного оборудования и других областей применения. Каталог оборудования по ссылке.
Подробную информацию по оборудованию Вы можете получить по телефону: +7 (495) 991-67-50 или отправьте запрос на электронную почту: info@effv.ru.