Частотні перетворювачі. Робота і пристрій. Типи і застосування

Ротор електродвигуна починає своє обертання за допомогою електромагнітних сил від магнітного поля, викликаного обмоткою якоря. Число оборотів визначається частотою струму в мережі. Стандартне значення частоти струму становить 50 герц. Це означає, що 50 періодів коливань відбувається за 1 секунду. У хвилину число коливань складе 50 х 60 = 3000. Отже, ротор буде обертатися 3000 оборотів в хвилину.

Якщо навчитися змінювати частоту струму, то з’явиться можливість регулювання швидкості двигуна. Саме за цим принципом діють частотні перетворювачі.

Сучасне виконання перетворювачів частоти виглядає у вигляді високотехнологічного пристрою, що складається з напівпровідникових приладів, спільно з мікро контролером електронної системи. За допомогою цієї системи управління змінюються важливі параметри електродвигуна, наприклад, число обертів.

Змінити швидкість приводу можна і за допомогою механічного редуктора шестеренчатого типу, або на основі варіатора. Але такі механізми мають громіздку конструкцію, їх потрібно обслуговувати. З використанням Частотники (інвертора) знижується витрата на технічне обслуговування, підвищується функціональність приводу механізму.

види

За конструктивними особливостями частотні перетворювачі поділяються:

  • Індукційні.
  • Електронні.

Електродвигуни асинхронного типу з фазним ротором, підключені в режим генератора, представляють подобу індукційного частотного перетворювача. Вони мають малі ККД і ефективність. У зв’язку з цим такі види перетворювачів не знайшли популярності у використанні.

Електронні види частотники дають можливість плавної зміни обертів електродвигунів.

При цьому реалізуються два можливих принципу управління:

  1. За певній залежності швидкості від частоти струму.
  2. За способом векторного управління.

Перший принцип найпростіший, але не досконалий. Другий принцип застосовується для точного зміни обертів двигуна.

Конструктивні особливості

Мал. 1

Частотні перетворювачі мають у складі основні модулі:

  • Випрямляч.
  • Фільтр напруги.
  • Інверторний вузол.
  • Мікропроцесорна система.

Всі модулі пов’язані між собою. Дія вихідного каскаду (інвертора) контролює блок управління, за допомогою якого змінюються властивості змінного струму. Частотний перетворювач для електромотора має свої особливості. До його складу входить кілька захистів, управління якими здійснюється мікро контролером. Наприклад, перевіряється температура напівпровідників, працює захист від перевищення струму і короткого замикання. Частотники підключається до мережі живлення через пристрої захисту. Для запуску електродвигуна не потрібен магнітний пускач.

випрямляч

Це перший модуль, по якому проходить струм. Він перетворює змінний струм в постійний, завдяки напівпровідникових діодів. Особливістю Частотники є можливість його харчування від однофазної мережі. Різниця в конструкції полягає в різних типах випрямлячів.

Якщо ми говоримо про однофазний Частотники для двигуна, то потрібно використовувати у випрямлячі чотири діода по мостовій схемі. При трифазному харчуванні вибирається схема з шести діодів. У підсумку виходить випрямлення змінного струму, з’являється два полюси: плюс і мінус.

Фільтр напруги

З випрямляча виходить постійна напруга, яке має значні пульсації, запозичені від змінного струму. Для їх згладжування використовують такі елементи, як електролітичний конденсатор і котушка індуктивності.

Котушка має багато витків, і має реактивним опором. Це дає можливість згладжувати імпульси струму. Конденсатор, підключений до двох полюсів, має цікаві характеристики. При проходженні постійного струму він в силу закону Кіргофа повинен бути замінений обривом, як ніби між полюсами нічого немає. При проходженні змінного струму він повинен бути провідником, тобто, не мати опору. В результаті частка змінного струму замикається і зникає.

інверторний модуль

Це вузол, який має найбільшу важливість в перетворювачі частоти. Він змінює параметри струму виходу, складається з шести транзисторів. Для кожної фази підключені по два транзистора. У каскаді інвертора застосовуються сучасні транзистори IGBT.

Якщо виготовляти частотні перетворювачі своїми руками, то необхідно вибирати елементи конструкції, виходячи з потужності споживання. Тому потрібно відразу визначити тип електродвигуна, який буде живитися від Частотники.

мікропроцесорна система

У саморобної конструкції не вийде добитися таких параметрів, наявних у заводських моделей, так як в домашніх умовах зробити керуючий модуль складно. Справа не в пайку деталей, а в створенні програми для мікроконтролера. Простий спосіб – це зробити керуючий блок, яким можна регулювати обороти двигуна, здійснювати реверс, захищати двигун від перегріву і перевантаження по струму.

Щоб змінити обороти мотора, потрібно застосувати змінний опір, підключений до введення мікроконтролера. Це пристрій подає сигнал на мікросхему, яка робить аналіз зміни напруги і порівнює його з еталоном (5 вольт). Система діє за алгоритмом, який створюється до початку створення програми. По ньому діє мікропроцесорна система.

Набули неабиякої популярності керуючі модулі Siemens. Частотні перетворювачі цієї фірми надійні, можуть застосовуватися для будь-яких електродвигунів.

Принцип дії

Основа роботи інвертора полягає в подвійному зміні форми електричного струму.

Напруга подається на блок випрямлення з потужними діодами. Вони видаляють гармонійні коливання, однак залишають імпульси сигналу. Щоб їх видалити, підключений конденсатор з котушкою індуктивності, що утворять фільтр, який стабілізує форму напруги.

Далі, сигнал йде на частотний перетворювач. Він складається з шести потужних транзисторів з діодами, що захищають від пробою напруги. Раніше для таких цілей застосовувалися тиристори, але вони не мали такої швидкодією, і створювали перешкоди.

Щоб підключити режим уповільнення мотора, в схему встановлюють транзистор управління з резистором, який розсіює енергію. Такий спосіб дає можливість видаляти утворене двигуном напруга, щоб захистити ємності фільтра від виходу з ладу внаслідок перезарядки.

Метод управління векторного типу частотою інвертора дає можливість створення схеми, яка автоматично регулює сигнал. Для цього застосовується керуюча система:

  • Амплітудна.
  • Широтно-імпульсна.

Амплітудна регулювання працює на зміні напруги входу, а ШІМ – порядку дії перемикань транзисторів при постійній напрузі на вході.

При регулюванні ШІМ утворюється період модуляції, коли обмотка якоря підключається по черзі до висновків випрямляча. Так як тактова частота генератора висока і знаходиться в інтервалі 2-15 кілогерц, то в обмотці мотора, що має індуктивність, здійснюється згладжування напруги до нормальної синусоїди.

Принцип підключення ключів на транзисторах

Кожен з транзисторів включається по зустрічно-паралельною схемою до діода (Рис. 1). Через ланцюг транзистора протікає активний струм електродвигуна, реактивна частина надходить на діоди.

Щоб виключити вплив перешкод на дію інвертора і електродвигуна, в схему підключають фільтр, який видаляє:

  • Радіоперешкоди.
  • Перешкоди від електроустаткування.

Про їхню освіту дає сигнал контролер, щоб знизити перешкоди, застосовуються екрановані дроти від двигуна до виходу інвертора.

Щоб оптимізувати точність функціонування асинхронних двигунів, в ланцюг управління інверторів підключають:

  • Введення зв’язку.
  • Контролер.
  • Карта пам’яті.
  • Програма.
  • Дисплей.
  • Гальмівний переривач з фільтром.
  • Охолодження схеми вентилятором.
  • Прогрівання двигуна.
схеми підключення

Частотні перетворювачі служать для роботи в 1-фазних та 3-фазних мережах. Але якщо є промислові джерела живлення на 220 вольт постійного струму, то інвертори також можна підключати до них.

Частотні перетворювачі для 3-фазної мережі розраховані на 380 вольт, їх подають на мотор. 1-фазні частотники працюють від мережі 220 вольт, видають на виході 3 фази. Частотники може підключатися до електродвигуна за схемою зірки або трикутника.

Обмотки мотора з’єднуються в «зірку» для Частотники, що працює від трьох фаз 380 вольт.

Обмотки двигуна з’єднують «трикутником», коли інвертор живиться від 1-фазної мережі.

При виборі методу підключення електродвигуна до частотники необхідно визначити потужності, які створює двигун на різних режимах, в тому числі і повільний режим, важкий запуск. Перетворювач частоти можна експлуатувати з перевантаженням тривалий час. Його потужність повинна бути з запасом, тоді робота буде без аварій, і термін служби триватиме.

застосування

Частотні перетворювачі використовуються в пристроях з необхідністю регулювання швидкості двигуна.

  • Приводи насосів. Зменшує втрати тепла і води на 10%. Знижує кількість аварій, захищає електродвигуни.
  • Вентиляційні системи. Економія більше, ніж при роботі з насосами, так як для запуску потужних вентиляторів застосовують потужні приводи агрегатів. Економія з’являється за рахунок зниження втрат на холостому ходу.
  • Транспортери. Інвертори адаптують швидкість двигуна до швидкості технологічної системи, яка постійно змінюється. М’який пуск підвищує ресурс приводу системи, так як немає ударних навантажень, які шкодять обладнання.
  • Компресори.
  • Димотяги.
  • Центрифуги.
  • Ліфтове устаткування.
  • Устаткування в деревообробній галузі.
  • Робототехніка.
переваги
  • Згладжування роботи мотора при запуску і гальмуванні.
  • Можливість управління групою двигунів.
  • Плавне керування швидкістю електродвигунів, без використання редукторів і інших механічних систем. Це дозволяє спростити управління, зробити його дешевше і надійніше.
  • Використовуються спільно з асинхронними двигунами для заміни приводів постійного струму.
  • Освіта багатофункціональних систем управління приводами.
  • Зміна налаштувань безпосередньо в роботі, без зупинки.
Ссылка на основную публикацию