Главная страница Автоматизация Производства Частотные преобразователи
Частотные преобразователи
Частотные преобразователи
Частотный преобразователь — это устройство, которое служит для преобразования электрического напряжения определенной частоты в напряжение с настроенной частотой, задающего этим преобразователем частоты.
Регулирование частоты и напряжения в простых случаях происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, а в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление напряжением.
Преобразователь частоты состоит из инвертора (ШИМ), преобразующего постоянное напряжение в переменное требуемой амплитуды и частоты а также обратного ему выпрямителя (МОСТ) преобразующего переменное напряжение в постоянное.
Также, преобразователь состоит из управляющей части и электрического привода.
В основе управляющей части находится микропроцессор, который обеспечивает управление силовыми электронными ключами. Электрический привод преобразователя частоты состоит из схем, в состав которых входит тиристор или транзистор, которые работают в режиме электронных ключей.
Область применения частотных преобразователей довольно велика.
К примеру, преобразователь частоты может применяться для плавного регулирования скорости вращения вала электродвигателя. Достигается это за счет преобразования электрического напряжения на выходе преобразователя в напряжение заданной частоты.
Выходные транзисторы (IGBT) или тиристоры (GTO) обеспечивают необходимый и ток для питания электродвигателя. Для уменьшения электромагнитных помех между преобразователем и двигателем ставят так называемый EMC-фильтр, также иногда устанавливают дроссель.
В зависимости от принципа работы и структуры электрического привода выделяют два основных класса преобразователей частоты:
- с непосредственной связью
- с выраженным промежуточным звеном постоянного тока
Каждый из существующих классов преобразователей частоты имеет как свои достоинства, так и свои недостатки, которые для каждого из них определяют их области рационального использования.
В преобразователях частоты с непосредственной связью система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки электродвигателя к питающей сети. Другими словами электрический привод представляет собой управляемый выпрямитель. Напряжение на выходе преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. Тактовая частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Отсюда, как правило - малый диапазон управления частотой вращения вала двигателя (соотношение не более 1 : 10). Поэтому, в современных частотно регулируемых приводах это ограничение не позволяет применять такие преобразователи с более широким диапазоном регулирования нужных параметров.
Более сложных систем управления требует и использование не запираемых тиристоров, которые увеличивают общую стоимость преобразователя. Преобразователь с непосредственной связью и «резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником более высших гармоник, которые вызывают перегрев электродвигателя, дополнительные потери и снижение крутящего момента вала двигателя, а также сильные помехи в питающей электросети. А применение компенсирующих устройств, приводит к повышению стоимости, габаритов, массы, и в общей сложности понижению коэффициента полезного действия (КПД) системы. В современных технологиях наиболее часто применяются, частотно регулируемые привода с явно выраженным звеном постоянного тока. В частотных преобразователях этого класса применяется двойное преобразование электрической энергии. Поэтому входное напряжение с постоянной частотой и амплитудой выпрямляется в выпрямителе, сглаживается, фильтруется специальным фильтром, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение, но уже с изменяемой амплитудой и частотой. Это двойное преобразование напряжения приводит к общему снижению КПД и к некоторому увеличению габаритных размеров, по отношению к частотным преобразователям с непосредственной связью.
Автономный инвертор используют для формирования синусоидального переменного напряжения, который формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках электродвигателя. Как правило, этого добиваются методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Где в качестве электронных ключей в инверторах применяются биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT или запираемые GTO тиристоры и их усовершенствованные модификации GCT, SGCT, IGCT.
По отношению к преобразователям на IGBT транзисторах главным достоинством преобразователей частоты на тиристорах, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия. Они имеют более высокий (до 98 %) коэффициент полезного действия (КПД).
Преобразователи частоты являются нелинейной нагрузкой, создающей токи высших гармоник в питающей электросети, что в целом приводит к ухудшению качества электроэнергии в сети.
Производители частотных преобразавателей (преобразователей частоты):
Mitsubishi, Omron, ABB, Danfoss, LG, Schneider, Vacon, Emotron, Delta, Vectron, Fuji, Toshiba, Hitachi, INNOVERT.