Преобразователь частоты

Преобразователь частоты  (ПЧ) – электронное устройство, предназначенное для преобразования частоты на входе в напряжение на выходе другой частоты. ПЧ необходимы при регулировании частоты вращения электродвигателя. Применение ПЧ стало прорывом в сфере электротехники, поскольку это резко повысило качество управления электродвигателем.

Частотники различаются по конструкции, по конструктивному типу делятся на:

— Электромашинные. Представляют собой двигатели переменного тока, работающие в режиме генератора.

— Электронные (или полупроводниковые).  Силовая часть ПЧ состоит из тиристоров или транзисторов, и управляются от микроконтроллера. Применяются для однофазных или трехфазных систем, могут иметь фильтр, используют звено постоянного тока.

Далее, преобразователи частоты классифицируются:

— непосредственные. Реверсивный тиристорный преобразователь работает с сетью напрямую.

ПЛЮСЫ:

— возможность работы в режиме рекуперации. Рекуперация — возврат энергии в сеть.

— высокий К.П.Д.

— широкий диапазно на низких частотах

МИНУСЫ:

— перегрев двигателя, уменьшения момента инерции, созданием помех в цепи. Обусловлено формой переменного напряжения, в котором присутствуют субгармоники и постоянная составляющая.

— двухзвенный. Реверсивный тиристорный или транзисторный преобразователь, использует звено постоянного тока (автономный инвертор и выпрямитель), использует фильтр типа (L-C).

Также, широкое применение получили автономные инверторы тока.

В отличии от автономного инвертора напряжения, где регулируемой выходной величиной является напряжение, в инверторе тока регулируемой величиной является ток (А). Основным источником в формировании выходного сигнала заданной частоты является частота управления транзисторов или тиристоров. Чем выше частота, тем лучше качество синусоиды на выходе преобразователя частоты, также,  увеличиваются потери в преобразователе.

Автономный инвертор с управляемым выпрямителем (схема)

Тиристоры VS1-VS6 выпрямляют переменный ток в постоянный. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в заданную частоту на выходе. Диоды VD1-VD6 осуществляют защитную функцию транзисторов от перенапряжений, а также обеспечивают функцию обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 используется как ключ для резистора торможения Rб.  При увеличении напряжения на конденсаторе Сф выше заданного, транзистор VT7 открывается и коммутирует в работу тормозной резистор Rб, на котором рассеивается энергия от электрической машины. При глубоком регулировании VD0 увеличивает коэффициент мощности выпрямителя.

Автономный инвертор напряжения с неуправляемым выпрямителем

Диоды VD7-VD12 выпрямляют напряжение. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 обеспечивают защиту транзисторов от перенапряжений, кроме этоого обеспечивает функцию обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 коммутирует  тормозной резистор Rб. Также, за счет использования ШИМ происходит регулирование амплитуды выходного напряжения и его частоты.

ПЛЮСЫ:

— возможность выдачи частоты на частотах выше и ниже частоты сети

— «чистая» форма синусоиды на выходе

— гибкость построения систем управления 

— простая адаптация для систем с постоянным током

— широкие возможности для управления и написания софта

МИНУСЫ:

— большая масса и габариты.

— стоимость

— низкий К.П.Д, потери мощности в звеньях постоянного тока.

УПРАВЛЕНИЕ ОТ ПЧ

Для обеспечения необходимой частоты вращения, могут применяться следующие способы (принципы) управления:

— Скалярный. Поддержание определенного магнитного поля в обмотках статора.Имеют низкую стоимость и простоту в конструкции. Диапазон регулирования начинается от 10%. Широкое применение нашли в системах управления насосами, вентиляторами, где не требуется обеспечивать обратную связь от нагрузки.

— Векторное управление. Производится автоматическое вычисление магнитных полей статора и ротора. Обеспечивается постоянная частота вращения ротора в зависимости от изменяемой нагрузки. Широкое применение нашли в системах, где требуется поддерживать заданный момент инерции на низких скоростях. Векторное управление возможно с обратной связью от нагрузки (например давление после насоса), при этом диапазон регулирования может быть 1:1000.

Режимы управления частотными преобразователями

Как правило, в современных частотных преобразователей реализована возможность управления и работы в нескольких режимах:

1) Ручное управление.

Пуск и остановка электродвигателя осуществляются с панели или пульта управления частотника. Оператор или инженер самостоятельно меняет частоту вращения, при этом во внештатных ситуациях, ПЧ автоматически прекращает работу

2) Дистанционное управление.

Широко используется в системах, где требуется автоматизация без участия оператора. Возможно управление по протоколу (ModBus RTU, Profinet, CanBus), либо по стандартным сигналам тока или напряжения (4..20мА, 0-10В)

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

Аналогичный способ управления, отличие что ПЧ работает по дискретным сигналам.

4) Управление по заданным алгоритмам.

Дорогостоящие частотники имеют на борту функцию запуска или останова, а также реверса с учетом событий (например дата-время)

ПЛЮСЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ:

— защита электродвигателя. Электродвигатель защищен от перегрева, токов короткого замыкания на 99%. Вывести из строя ПЧ достаточно сложно, надежное устройство.

— широкий диапазон регулирования

— возможность автоматизации

— отличные эксплутационные характеристики

Комментарии к этой публикации закрыты.