Преобразователь частоты для асинхронных двигателей

     Асинхронный двигатель появился несколько столетий назад благодаря великим людям: электронику Галилео Феррарису и изобретателю Николе Тесла. Именно они внесли наибольший вклад в его создание. Данный вид двигателя остается популярным по сей день, он используется во всех отраслях.

     Этот двигатель предназначен для преобразования электричества в механическую силу, в связи с этим ему требуются определенные параметры электроэнергии. Для стабилизации поступающей электроэнергии и придания ей требующихся величины и частоты в цепь асинхронного двигателя подключается преобразователь частоты. Кроме того, создаются специальные электроиндукционные преобразователи. По сути, они представляют собой тот же асинхронный двигатель, но имеют существенное отличие, благодаря которому оборудование может работать, как генератор преобразователь. Они предназначены для техники, которая используется в промышленности.

Устройство и принцип работы

     Первым в цепи стоит выпрямитель, он преобразует переменный в постоянный ток. Выпрямители бывают двух основных типов - управляемые и неуправляемые.

     Далее по цепи следует инвертор, он преобразовывает постоянный ток обратно в переменный, но уже с заданными частотой и амплитудой.

     Так же, в цепи присутствуют электрические ключи, они производят подачу рабочего тока к электродвигателю.

     Управляет всей цепью микропроцессор, он отвечает за работу всех ключей, защищает систему и контролирует поступление тока.

     В основном все частотники произведены на основе двойного преобразования. Самый первый преобразователь - это преобразователь с непосредственной связью, он предназначен для преобразования высокой частоты в низкую. Имеет ряд достоинств, таких как высокий КПД и независимое регулирование амплитуды напряжения. Но сейчас он потерял свою популярность, его практически не используют из-за его низкого диапазона частот.

     В настоящее время большей популярностью пользуются преобразователи с промежуточным звеном, с их помощью становиться возможным регулирование частоты входного тока. Он состоит из управляемого выпрямителя и инвертора. Помимо них в нем расположена система управления, в которую входят два блока управления выпрямителем и инвертором.

     Чтобы частотный преобразователь прослужил длительное время, при его покупке нужно знать основные характеристики для правильного выбора.

Характеристика частотных преобразователей

К основным характеристикам относятся:

  • Диапазон напряжения питания;
  • Диапазон регулировки выходной частоты;
  • Режим управления;
  • Работа в перегрузочном режиме;
  • Импульсный вход выход;
  • Максимальная выходная частота.

     Большинство производителей включают в свои модели преобразователей частоты встроенные функции самозащиты, такие как: защита от замыкания фаз выхода между собой и на землю, защита от высокого и низкого напряжения, защита от перегрева.

     Так же существуют и дополнительные защитные функции, такие как: защита от пропадания фазы на входе и выходе и защита от возможных ошибок при передаче данных.

Возможные опции частотных преобразователей:

     Выносная панель управления (просто необходима при установке в защитный шкаф, для удобства и доступности ее обычно размещают на дверце).

Дополнительные платы:

  • Цифрового датчика (используется для обратной связи при наличии импульсного датчика);
  • Последовательной связи (осуществляет обмен данными с управляющим устройством);
  • Резервного источника питания (нужна для продолжения работы при отключении сети).

Прочие аксессуары:

  • Канал отвода тепла (для дополнительной вентиляции);
  • Силовой кабель с экранизацией (сводит к нулю, возможное влияние частотных помех, улучшает защитные функции).

Подключение преобразователя частот – пошаговая инструкция

     Для начала стоит отметить, что место и условия размещения играет очень большую роль для работы частотника. Для его нормального функционирования и продления срока эксплуатации следует соблюдать следующие условия:

  • Подходящий температурный режим (температура не должна превышать 45 градусов и быть не ниже 10 градусов Цельсия);
  • Влажность воздуха не должна быть выше 80%;
  • Отсутствие загрязняющих факторов, пыли;
  • Установка только на устойчивую поверхность без вибраций;
  • Отсутствие пожароопасных веществ;
  • Помещение с хорошей вентиляцией, если она отсутствует, то следует пользоваться дополнительными установками для вентиляции.

     Для того чтобы защитить преобразователь частоты и его дополнительное оборудование от различных факторов окружающей среды, производители рекомендуют устанавливать защитный шкаф. Для изменения величины угла поворота вала электродвигателя используют инкрементальные энкодеры.

      Способ подключения преобразователя частоты зависит от цели подключения. Самым простым и потому наиболее распространенным является подключение через устройство автоматического выключения. В этом случае главное соблюдать соответствие по номинальному току устройств. Обычно для этих целей приобретают трехфазный автомат (если приобретается для аналогичного преобразователя), он сможет обеспечить отключение фаз при возникновении короткого замыкания.

     Далее следует внимательно рассмотреть схему, а также прочитать рекомендации производителя по типу проводов и их сечению.

     Вдобавок к этому, в инструкции к частотному преобразователю прописывается возможность и варианты подключения дополнительного оборудования.

     Обычно для защиты от короткого замыкания используют плавкие предохранители. Помимо этого, случаются помехи от предохранителя, для того чтобы защитить сеть используют сетевые дроссели либо фильтры. Фильтра так же устанавливаться на выходе частотника, для того чтобы повысить управляемость и продлить срок службы преобразователя. Так же часто используются тормозные резисторы, чтобы во время торможения не возникало перегрева. Для лучшего контроля существует возможность подключения дополнительных датчиков (уровня, температурного режима и т.д.).

     После изучения всех вышеизложенных факторов приступаем к установке. Приведем пример самой простой установки без применения дополнительного оборудования. Пошаговая инструкция выглядит следующим образом:

  1. Для начала устанавливаем автоматический выключатель и подключаем его напрямую к частотному преобразователю.
  2. Далее присоединяем фазные провода от преобразователя к соответствующим контактам двигателя (схема подключения подробно описана в инструкции к прибору).
  3. Присоединяем кабель провода пульта управления.
  4. Устанавливаем рукоятку на пульте в нулевое положение и включаем автомат.

Выбор частотного преобразователя

     Перед тем, как приступить к выбору, нужно определиться с режимом электропривода, необходимой мощностью мотора, время торможения и разгона. Самым главным показателем является номинал мощности, на нем основывается выбор преобразователя. Стоит обратить внимание на другие, дополнительные характеристики, такие как:

  • Характеристики управления;
  • Конструктивные требования;
  • Возможность обмена данными;
  • Характеристики обратной связи;
  • Функции безопасности (защита от повышенного и пониженного напряжения, ограничение по току, защита от перегрузки и т.д.);
  • Условия окружающей среды при эксплуатации.

     При выборе частотного преобразователя перед вами встанет выбор из возможных типов управления. В настоящее время существуют частотники с двумя видом управления: векторным и скалярным. Так что же лучше выбрать? Давайте повнимательнее рассмотрим каждый их них.

Скалярный тип управления

     При данном управлении характерны гармоничные выходные токи. Это гарантирует поддержание частоты амплитуды напряжение, и не допускает перегрузки двигателя.

     Используя этот способ, возможно одновременное управлять группой электродвигателей. Вдобавок к этому, для скалярного типа управления характерна легкость регулировки.

     Этот способ является самым распространенным, чаще всего используется с насосными и вентиляционными установками. Его выбирают для котельных и водопроводных установок из-за способности поддержания нужного параметра. Но у рассматриваемого способа отсутствует возможность регулировки скорости вращения вала.

Векторный тип управления

     Данный способ предпочтительней из-за возможности точной и мягкой регулировки вращения вала и точным управлением магнитным потоком. Его применяют на двигателях, при необходимости расширенной регулировки диапазонов частоты. В некоторых установках отсутствует зависимость между скоростью вращения и моментом нагрузки, тут преобразователь на векторном управлении просто незаменим. Отличается от скалярного быстротой реакции при изменении нагрузки. Он обеспечивает плавность вращения двигателя и отсутствие рывков.

     Теперь можно делать выводы относительно типов управления. При скалярном управлении больший контроль и управление осуществляется над магнитным полем, а при векторном контролируется взаимодействие полей статора и ротора, а значит совершенствуется момент вращения при разных скоростях.

     Векторным моделям необходимы очень точные измерения, и они стоят на порядок дороже, но в работе более точны, чем скалярные.

     Таким образом, перед тем, как приступить к выбору частотного преобразователя, вам необходимо определиться, в какой сфере он будет применяться, какие проблемы присущи вашему двигателю, нужна ли ему точная настройка оборотов. Это поможет вам определиться с типом управления. Еще стоит обдумать необходимость установки дополнительного оборудования и только потом приступать к выбору модели, учитывая ее параметры и дополнительные функции.