Преобразователи частоты
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!
На сегодняшний день энергосбережение является одной из важных задач, стоящих перед человечеством, целью которого является сведение к минимуму потерь электроэнергии. Большая часть вырабатываемой электроэнергии расходуется на питание производственных механизмов, таких как насосы, вентиляторы, станки и другие механизмы. Одним из важных решений является внедрение частотно-регулируемого электропривода как в производстве, так в транспорте, отоплении, вентиляции, водоснабжении и других направлениях. Так, например, в водоснабжении и отоплении использование такого метода экономии электроэнергии позволяет нам избежать утечек при излишнем давлении и при использовании дроссельных заслонок, которые имеют плохую герметичность и низкий срок эксплуатации.
Следующим примером экономии является регулировка мощности насоса в период максимума нагрузки, которая возникает в часы пик при отопительном сезоне, что позволяет сэкономить не только электрическую энергию, но и тепловую. Исходя из всего этого, можно сказать, что использование преобразователей частоты является одним из актуальных на сегодняшний день методов в сфере энергосбережения. Поэтому целью данной статьи будет подробное его описание принципа действия, назначения и схемы подключения.
Преобразователи частоты (ПЧ) предназначены для управления, а именно для регулирования скорости электропривода переменного тока, который включает в себя электродвигатель (ЭД), систему управления и, собственно, сам преобразователь электроэнергии, в данном случае преобразователь частоты.
Принцип его работы заключается в том, что при изменении частоты питания напряжения – изменяется частота вращения двигателя.
ПЧ переменного тока сегодня нашёл наибольшее распространение в промышленности по сравнению с тиристорным преобразователем (ТП) постоянного тока, в виду того, что:
- во-первых, двигатель постоянного тока имеет более сложную конструкцию и более высокую стоимость по сравнению с асинхронным ЭД;
- во-вторых, ТП регулирует только напряжение, от чего и зависит скорость вращения двигателя, а скорость АД регулируется изменением частоты и амплитуды питающего напряжения, что в свою очередь является наиболее удобным способом.
По типу управления существует 2 типа ПЧ: с промежуточным контуром постоянного тока и с непосредственной связью (НПЧ). НПЧ на сегодня не получили большого распространения, т.к. максимальная величина выходной частоты меньше частоты питающей сети и не превышает 30-33 Гц, а переменное напряжение на нагрузке не является синусоидальным, хотя и состоит из частей синусоиды напряжения сети. Поэтому более подробно рассмотрим устройство ПЧ со звеном постоянного тока.
Рис.1 Силовая схема преобразователя частоты
Силовая схема преобразователя частоты изображена на рисунке 1 и включает в себя управляемый выпрямитель с системой управления выпрямителем СУВ, инвертор напряжения с системой управления СУИ, LC-фильтр, который служит для сглаживания выпрямленного напряжения. Управляемый выпрямитель питается от сети переменного тока с частотой 50 Гц, управляющим воздействием для которого является сигнал задания напряжения на входе системы управления.
Автономный инвертор представляет собой трёхфазную мостовую схему, состоящую из 6 управляемых ключей, в качестве которых используются транзисторы, выполненные на базе биполярных IGBT транзисторов, которые в отличие от тиристоров имеют высокую частоту переключений и полную управляемость, что позволяет увеличить диапазон скоростей и быстродействие привода. Диоды обеспечивают обратную проводимость в тормозном режиме.
Рис.2 Стандартная схема подключения преобразователя частоты
Управление частотой вращения происходит за счёт воздействия на СУИ, где сигнал задания преобразуется в определённую длительность сигналов управления. Далее сигналы управления подаются на транзисторы по определённому алгоритму, при открытии которых происходит поочерёдное подключение обмоток статора АД к питающему напряжению. Длительность подключения обмоток модулируется по синусоидальному закону.
Рис. 3 Вид клеммного блока
На рисунке 3 изображена конфигурация клеммного блока, в который входят: клеммы для подключения трёхфазного питания L1(R), L2(S), L3(T); клеммы выходного переменного напряжения питания двигателя T1(U), T2(V), T3(W); B1,B2 – клеммы для подключения тормозного сопротивления; +1,+2 – клеммы подключения дросселя.