Переіті в каталог продукції: частотні перетворювачі

Електроприводи постійного струму є дуже простими з точки зору організації системи регулювання швидкості обертання двигуна, але сам електродвигун є слабкою ланкою системи, адже він досить дорогий і при цьому не відрізняється особливою надійністю. До того ж область застосування даних двигунів обмежена через надмірну іскріння щіток і, отже, підвищеної електроерозії і зносу колектора, що до загальному не дозволяє використовувати двигуни постійного струму в запилених умовах і в середовищах з небезпекою вибуху. Альтернативою електроприводів постійного струму є комплексне застосування асинхронних двигунів змінного струму з частотними перетворювачами.

Асинхронні двигуни повсюдно використовуються на увазі дуже простого пристрою і надійності, при менших габаритах і масі вони забезпечують таку ж потужність, як і двигуни постійного струму. Головним мінусом їх є складність організації системи регулювання швидкості двигуна традиційними для двигунів постійного струму методами. Теоретична база для розробки перших частотних перетворювачів, які могли вже тоді стати вирішенням питання регуляції швидкості, була закладена ще в 30-ті роки двадцятого століття. Відсутність мікропроцесорів і транзисторів не дозволяла втілити теорію в практику, але з появою транзисторних схем і керуючих мікропроцесорів в Японії, США і Європі приблизно в один час були розроблені варіанти частотних перетворювачів.

При наявності інших способів управління швидкості обертання виконуючих механізмів (мова йде про механічних варіатора, резисторних групах, що вводяться в ротор / статор, електромеханічних частотних перетворювачів, гідравліки) найбільш ефективним є використання статичних частотних перетворювачів, який економічним вигідніше інших варіантів на увазі дешевизни монтажу, експлуатації і високого ККД. Невибагливість перетворювачів також обумовлена ​​відсутністю рухомих частин на увазі того, що регулювання здійснюється на етапі подачі струму і заснована на зміні параметрів харчування, а не на контролі за швидкістю обертання за допомогою засобів механічного управління.

Який принцип частотних методів регулювання? Наочне пояснення можна вивести з наступної формули

З виразу видно, що шляхом зміни частоти вхідного напруги живлення (f1) змінюється кутова швидкість статора, точніше його магнітного поля, але це взаємозалежні характеристики. Ефект досягається при постійному числі пар полюсів (p). Що це дає? В першу чергу, плавність регулювання (особливо при пікових навантаженнях в момент пуску двигуна) швидкості при дуже високій жорсткості механічних характеристик. Також досягається підвищене ковзання асинхронного двигуна, що істотно знижує втрати потужності і збільшує коефіцієнт корисної дії.

Високі показники ККД, коефіцієнта потужності, перевантажувальної здатності досягаються при одночасній зміні частоти і напруги. Закони зміни цих параметрів безпосередньо залежать від моменту навантаження, який може мати статичний, вентиляторний і обернено пропорційний швидкості обертання характер.

При постійному моменті навантаження напруга на статорі буде регулюватися в пропорційній залежності від частоти, що добре видно з формули:

Якщо момент навантаження має вентиляторний характер, то напруга буде пропорційно квадрату частоти напруги живлення.

Ну і моменті навантаження, який обернено пропорційний швидкості отримаємо:

Як видно з вищеописаного при забезпеченні одночасного регулювання частоти напруги живлення і параметрів напруги на статорі частотним перетворювачем досягається плавне безступінчасте регулювання швидкості обертання валу двигуна. При цьому відсутність передач дозволяє більш точно регулювати швидкість обертання по заданих користувачем параметрам.

Основні переваги застосування регульованих приводів на підприємствах.

Інтеграція систем регулювання якісно змінює технічні характеристики всіх учасників технологічного процесу, що потребує регуляції. Велика частина економічної ефективності полягає в можливості регулювання за допомогою частотного перетворювача технологічних характеристик процесів, температури, тиску, швидкості руху, швидкості подачі головного руху. Звичайно ж, максимальна ефективність досягається на об'єктах, призначених для переміщення рідких мас. До сих пір популярним способом регулювання швидкості потоку і потужності є застосування заслінок і заглушок, в окремих випадках різних регулюючих механічних клапанів, але ці методи менш ефективні ніж зміна швидкості самого виконавчого механізму і чреваті втратами рідини, що транспортується.

Різниця в продуктивності і ефективності між дросселированием за допомогою механічних засобів і застосуванням частотних перетворювачів очевидна на наступному малюнку. (Схема 1) Зі схеми стає ясно, що зростає економія ресурсів, а також нівелюються проблеми, пов'язані з повною втратою динамічної потужності потоку під час закриття заслінок, що призводить, по суті, до холостий роботі двигуна. Це збільшує економічну ефективність частотних перетворювачів.

Конструкція типового частотного перетворювача.

Важливе завдання перетворювача частоти є зміна параметрів електричного струму, це здійснюється за допомогою транзисторного випрямлення струму і перетворення його до необхідних заданих значень. Типовий частотний перетворювач складається з трьох частин:

- Ланка постійного струму. Складається з випрямляча і фільтраційних пристроїв. Ланка постійного струму приймає вхідний сигнал і перенаправляє його в інвертор.

- Імпульсного інвертора. Силовий трифазний інвертор зазвичай має шість транзисторів-ключів і здійснює перетворення струму до заданих частот і амплітуд, а потім подає його на статор. Інвертор може складатися з тиристорної схеми.

- Мікропроцесорної системи управління. Управляє системами перетворення і захисту перетворювача.

Чітка синусоїда вихідного сигналу - результат роботи IGBT-транзисторів в якості ключів інвертора, які працюють з більш високою частотою перемикання, ніж застарілі тиристори.

Як працює частотний перетворювач?

Схема перетворювача представлена ​​в наочному вигляді на наступному малюнку. (Схема 2)

На схемі відображені основні структурні частини перетворювача, а саме: інвертор, діодний силовий випрямляч, модуль управління широтно-імпульсною модуляцією, система управління, дросель і конденсатор фільтра. Регуляція вихідний частоти і напруги (fвих. І U вих., Відповідно) здійснюється шляхом широтно-імпульсного управління високої частоти. Управління залежить від періодичності модуляції. Це період, протягом якого статор по черзі отримує сигнал від позитивного і негативного полюса напруги. Тривалість періоду модулюється згідно синусоїдальним законом гармонійних частот, додаткове перетворення відбувається вже в обмотках двигуна, де після фільтрації ток має вже строго синусоїдальну форму.

Сама крива вихідної напруги - це двополярного послідовність високої частоти, створена прямокутними імпульсами. Дані параметри також регулюються широтно-імпульсною модуляцією, а сама ширина імпульсів модулюється за синусоїдальним законом. Зміна характеристик вихідного напруги здійснюється одним із двох способів: зміна AP (амплітуди) шляхом регуляції значення вхідної напруги Uвх .; при Uвх., які мають постійне значення, шляхом внесення змін до програми, яка контролює періодичність перемикання перемикачів V1-V6. Наявність сучасних IBGT-транзисторів на микропроцессорном управлінні застосування другого способу є більш продуктивним і широко використовуваним. ШІМ також дозволяє домогтися форми кривої струму близької до синусоїді, але вже завдяки властивостям обмоток, що виконують функції фільтра.

Даний метод управління також дозволяє істотно збільшити коефіцієнт корисної дії перетворювача і за своїми характеристиками цілком аналогічно методиці управління шляхом зміни амплітуди і частоти струму. У наш час існує декілька компонувань інверторів з керованими ключами: замикаються GTO тиристори; біполярні IGBT-транзисторні ключі з затвором. З прикладом можна ознайомитися на наступному малюнку. (Рисунок 2) Тут зображена бруківка трифазна схема з використанням IGBT-транзисторів. Інвертор автономний. В даній схемі використовується комплекс з 6 транзисторних ключів (на схемі V1-V6), ємнісного фільтра струму. Транзистори включені за допомогою діодів зворотного потоку (на схемі D1-D6) по зустрічно-паралельною схемою.

Алгоритм перемикання вентилів задається мікропроцесором, перемикання перетворює постійну Uвх. в змінне вихідна напруга з прямокутними імпульсами. Активна складова токового потоку асинхронного двигуна проходить через транзистори, а реактивна - через діоди зворотного струму.

І - трифазний мостовий інвертор;
В - трифазний мостовий випрямляч;

Сф - конденсатор фільтра;

Переіті в каталог продукції: частотні перетворювачі