Эффективность и срок службы частотных преобразователей и механизма в целом зависит от того, насколько правильно сделан выбор. Эффект экономии от использования в производстве частотника получается из-за экономии энергии в различных механизмах до 50% за счет возможности регулировки производительности изменением выходной частоты оборотов мотора.
Характеристика частотных преобразователей
При выборе нужно смотреть на то, какой режим будет у электропривода, мощности мотора, диапазон регулировки скорости, поддержки точности вращающего номинального момента на моторе с открытым коллектором, времени разгона и торможения, множества включений в единицу времени.
Мощность многофункциональных программируемых преобразователей – это важный параметр вращающего номинального пускового момента электрического привода. Для этого нужно определиться со способностью к нагрузкам. В зависимости от номинала мощности мотора выбирается частотный преобразователь серии мощности, который рассчитывается на подходящую мощность (кВт). Это будет правильным выбором, если нагрузка на двигателе не будет меняться в динамике разгона, и ток не будет сильно выходить за номинал значения установки для вращающего момента двигателя и преобразователя.
Поэтому, лучше делать выбор по наибольшему токовому значению двигателя с режимом учета способности перегрузки. Способность к излишним нагрузкам дается в процентах от номинала тока за диапазон времени разгона. Чтобы правильно выбрать аналоговый выход двигателя, надо определить характер нагрузок имеющегося привода: уровень работы, период времени, частота появления нагрузок.
Напряжение работы привода
Важным вопросом будет напряжение питания. Самым распространенным случаем является то, когда питание от 3-фазной сети производства 380 вольт. Варианты есть, когда привод предназначен на эксплуатацию от одной фазы на 220 вольт. Последний вариант ограничен мощностями до 4 кВт. Есть варианты работы привода на высоком напряжении, которые дают векторное управление мощными двигателями, с мощностью в мегаваттах, с меньшим током. Все варианты применяются для разных видов решений, зависят от характера снабжения электрической энергией, от обуславливания использования привода конкретной характеристики.
Диапазон управления
Если скорость не снизится меньше 10% от номинального диапазона, то можно применить любой преобразователь. В других случаях нужно убедиться, может ли преобразователь серии номинальной работать с двигателем на малых оборотах. Асинхронный мотор охлаждает сам себя встроенным вентилятором на валу. При уменьшении скорости охлаждение ухудшается. Многие преобразователи векторного управления режимом имеют встроенные опции контроля температуры через датчик.
Режим снижения скорости
Торможение путем выбега подобно отключению мотора от питания. Это может продолжаться долгое время. Частотником можно быстро остановить двигатель:
- Произвести рекуперацию.
- Остановить, подав на обмотку сниженную выходную частоту напряжения.
- Замкнуть обмотки сопротивлением.
Вариант торможения выбирается из экономии.
Функции управления частотным преобразователем
Многие приводы работают по заданию. Плавно повышают или снижают обороты мотора с открытым коллектором. Иногда нужна определенная скорость. В обоих случаях можно управлять с панели приборов и по цифровым входам кнопками. Если применять переключатели и потенциометры, то нужно знать количество аналоговых входов. Если частотник управляется от сети, то нужен специальный интерфейс пульта управления с встроенным многофункциональным программируемым протоколом данных.
Функции защиты
Защита имеет набор функций:
- Защита от скачков напряжения.
- Слежение за температурой мотора.
- Контроль нагрева радиатора.
- Защита встроенных транзисторов выхода IGBT.
Структура преобразователя частоты
На электродвигателе есть три фазы. К фазам подключен входной дроссель для снижения нагрузки в пусковой момент. Дроссель исполняет роль входного фильтра. Следующий блок многофункционального программируемого частотного преобразователя – это высоковольтный выпрямитель. Он состоит из больших встроенных диодов. Далее, идет инвертор, который состоит из IGBT транзисторов в количестве 6 штук. На выходе инвертор создает фазы с измененной частотой.
На аналоговом входе до выпрямителя синусоида. В выпрямителе она выпрямляется. Выпрямленное напряжение формируется в миандр, то есть, прямоугольные импульсы на выходе. Не каждый электродвигатель с аналогового входа способен работать с преобразователем частоты. Существуют синфазные токи, которые за несколько минут разбивают подшипник. Это неоднократно проверялось. Микроконтроллер на выходе может менять не только целые герцы, но и доли герца. Каждый герц можно считать, как одной скоростью. Он может ее увеличивать до килогерц. Двигателям вращающего номинального момента большую частоту можно поднимать до 70 герц, будет увеличиваться скорость разгона двигателя. Превысив порог 70 герц, двигатель начнет воспринимать этот период. Паузы двигатель не будет воспринимать. Он воспримет их как постоянное напряжение. Он загудит, нагреется и сгорит. Поэтому слишком наращивать частоту не стоит.
Инвертор имеет ШИМ (широтно-импульсную модуляцию). Каждый период будет формироваться из множества открытий и закрытий транзистора. От частоты ШИМ-модуляции будет зависеть тепловой нагрев обмоток двигателя, возникнет шум при высокой частоте.
Чем больше скорость, тем будет меньше вращающий момент. У каждого двигателя есть моментная сила давления в Ньютон на метр. Чем меньше частота, тем сильнее будет давить электродвигатель при снижении нагрузки. Чем больше частота аналогового выхода, тем меньше сила давления. Это физическая формула, никуда от этого не деться. При увеличении скорости с пульта управления двигатель будет тянуть намного меньше. При низкой скорости сила двигателя будет в разы больше. Зависимость обратнопро-порциональная.
Частотный преобразователь с трехуровневым инвертором и диодным выпрямителем
Наличие в частотнике инвертора с тремя уровнями дает возможность увеличивать системное напряжение. Если не нужна рекуперация энергии в сеть, то лучше применить диодный выпрямитель с трехфазными мостами, соединенными последовательной схемой. Когда средняя точка спайки мостов диодов не соединена с точкой присоединения конденсатора инвертора, то потенциал выпрямителя на диодах имеет малые пульсации, использовать дроссель не нужно. Для соединения выпрямителя к сети применяют трансформатор с тремя обмотками. Схема частотника с выпрямителем на диодах и инвертором на трех уровнях:
Сетевой дроссель подсоединяется в питающую сеть частотника, служит для защиты от нестабильной связи с сетью, является буфером.
Дроссель двигателя подключается между мотором и частотным преобразователем, играет роль ограничителя скорости повышения напряжения, для токового ограничения от короткого замыкания.
На видео — принцип работы частотного преобразователя.
Принцип работы частотного преобразователя
