Частотный преобразователь: суть работы, сфера применения, преимущества

На фоне больших пусковых токов оборудование, оснащенное электрическими двигателями переменного тока, может функционировать нестабильно. Для контроля его состояния используется преобразователь частоты (ПЧ). Высокотехнологичное устройство, меняющее выходную частоту и напряжение, легко адаптируется к конкретным производственным задачам и условиям. Приводы переменного тока могут работать с асинхронными и синхронными двигателями любой мощности, что расширяет сферу их применения.

В чем суть частотного преобразователя

Компактные устройства нужны для тщательного контроля скорости и частоты переменного тока любого назначения, при этом происходит согласованное изменение выходных параметров. Например, на входе из электрической сети переменный ток имеет частоту 50-60 Гц. Прибор корректирует ее, и на выходе прибора величина достигает от 0,01 до 500 Гц. Это положительно сказывается на регулировке скорости вращения ротора мотора, который остается мощным и функциональным.

Регулирование частоты требуется не только для строительного или производственного оборудования типа подъемного крана или вентилятора. Оборудование показывает эффективность и в работе бытовой техники, например, системы водоочистки на загородной территории или скважинного насоса. Современные ПЧ имеют контроллеры. Их задачи – обеспечить защиту, задать определенные режимы пуска, разгона и торможения, а также реализовать сложные функции управления.

Зачем нужен преобразователь частоты

Как работает частотный преобразователь? Его задача – изменить количество оборотов трёхфазного электрического двигателя и скорость его вращения, чтобы добиться плавного хода без резких скачков. Чего удается достичь при его применении:

• оборудование функционирует плавно без каких-либо сбоев,
• в момент запуска или остановки агрегата сила тока держится под контролем, поэтому рывки или резкое торможение полностью исключаются,
• снижается уровень потребления энергии за счет выравнивания уровня потребляемой энергии мотором,
• повышается потенциал всего производственного процесса,
• используемые станки или рабочие линии защищаются от перегрузок.

Некоторые модели способны дополнительно защитить от аварий в сети, короткого замыкания, перенапряжения или появления высокочастотных помех.

Применение в системе вентиляции

В современных системах вентиляции частотные преобразователи помогают добиться разных целей – от оптимизации функционирования оборудования до повышения эффективности его эксплуатации. При правильном подборе уровень снижения расходов на энергию снижается почти на 50% — для крупных производственных объектов экономия может быть очень существенной.

С помощью ПЧ регулируется скорость вращения двигателей. Кроме контроля над этим показателем меняется частота и напряжение питания, что позволяет отслеживать производительность вентиляции. Микропроцессорное управление облегчает процесс контроля даже при внедрении сложных схем или алгоритмов. Техническими преимуществами применения являются:

• настройка нужных параметров воздушного потока в системе,
• удобство монтажа на стенку, DIN-рейку,
• возможность использования при температуре до +50 градусов,
• упрощенный ввод в эксплуатацию за счет встроенной цифровой панели для оператора.

Для повышения эффективности использования нужно исходить из мощности двигателя, который оснащает вентиляцию, характера ежедневной нагрузки, требований к точности регулирования.

Применение в насосных станциях

Изменение скорости вращения возможно не для всех насосов. Например, у винтовых моделей есть ограничения по минимальной скорости, а поршневые имеют особую конструкцию, что нужно учитывать. Чаще всего электронное устройство, меняющее частоту напряжения двигателя, оснащает центробежные насосы. Что дает использование ПЧ:

• экономию на оплате электроэнергии, что достигается снижением скорости вращения мотора,
• повышение срока службы основных узлов насосного оборудования,
• плавный запуск без рывков и гидроударов,
• точное поддержание установленных параметров.

Современные модели имеют микропроцессоры с обратной связью. Они отвечают за бережную регулировку работы агрегатов в соответствии с потребностями конкретной системы.

Конструктивные особенности устройства

Небольшой и компактный прибор в пластиковом или металлическом корпусе имеет простую конструкцию. Внутри него располагается силовой блок, рассчитанный на работу в сетях питания 220-230 В/ 380-400 В мощностью от 0,4 до 22 кВт. В силовом блоке несколько компонентов:

• выпрямитель – основной компонент, преобразующий переменный ток в постоянный,
• конденсаторы (шины постоянного тока) минимизируют пульсации, которые поступают из сети,
• инвертор также преобразует ток, но при этом генерируются импульсы определенной формы, и создается нужная частота вращения мотора.

В бытовом применении будет достаточно моделей, которые управляются вручную или в автоматическом режиме. Оператор может выставить нужные параметры на дисплее.

Схема работы

Универсальные приборы позволяют управлять насосами, вентиляторами, решать задачи общей автоматизации. Они рассчитаны на применение с разными версиями двигателей, в том числе синхронными, оснащенными постоянными магнитами. Их подключают к однофазной или трехфазной сети. Принцип работы частотного преобразователя следующий:

1. Выпрямитель создает условия для смены переменного напряжения в пульсирующее. Построенный на диодной или диодно-тиристорной схеме, он отличается простотой и надежностью.
2. На втором этапе происходит поступление пульсирующего напряжения на звено постоянного тока, который представляет собой мощные конденсаторы. За счет сглаживания пульсаций они способствуют большей стабильности напряжения. Чтобы в этот момент не было скачков напряжения, используется резистор предзаряда. Так, в стандартном варианте сетевое напряжение 380В на этой стадии становится 540В.
3. Последний этап – это возврат постоянного напряжения в переменное, причем процесс происходит в соответствии с заданными параметрами. Этот процесс контролируется инвертором, регулирующим частоту и напряжение на выходе.

Координация всех этих процессов ведется управляющим блоком. Его функции – реализация заданных алгоритмов управления, адаптация оборудования под предлагаемые условия нагрузки. Установка выполняется в соответствии с рекомендациями производителя. Основные требования – хорошая вентиляция помещения, удаленность от прямых солнечных лучей, влажности, источников огня и сильного электромагнитного поля. Подключение ведется по схеме, которая предлагается в технической документации. После установки важно правильно выполнить настройку с введением рабочих параметров двигателя, чтобы адаптация была оптимальной.

Преимущества приборов

Преобразователи частоты применяются на станках, транспортерах, конвейерах, насосных станциях, в вентиляционных системах, при управлении промышленными линиями резки, подъемниками и во многих других сферах. Среди преимуществ применения электронных аппаратов выделяют:

• Точность настройки скорости. Ее можно плавно увеличить или снизить, не применяя дополнительные инструменты, например, вариаторы или редукторы. За счет этого управление упрощается, а затраты на обслуживание снижаются.
• Стабильность функционирования системы. Встроенные регуляторы позволяют мгновенно реагировать, если вдруг входные сигналы меняются. При таком подходе технологические процессы поддерживаются на стабильном уровне.
• Плавность запуска мотора. Это положительно сказывается на снижении пусковых нагрузок и минимизации риска скачков напряжения. Это сказывается на повышении долговечности оборудования.
• Энергоэффективность. Использование аппаратов для оснащения насосных станций, систем вентиляции позволяет добиться снижения расходов на электроэнергию, так как всегда можно корректировать скорость вращения.

Современные устройства имеют датчики, системы самодиагностики, автоматически адаптируясь под любой мотор.

Области применения

Оборудование, помогающее менять частоту, увеличивает потенциал используемых агрегатов, снижает уровень потребления энергии, отвечает за защиту от перегрузок. Также повышается вероятность сохранения заложенного производителем срока службы. Его применение помогает добиться следующих целей в разных сферах:

• В промышленности они позволяют наладить стабильную работу станков, наладить технологические процессы. Двигатель функционирует равномерно за счет регулировки вращения его ротора.
• В энергетике можно добиться более эффективного функционирования вентиляционных и насосных установок, снижая затраты на их обслуживание.
• Регулировка производительности насосов при создании схемы водоснабжения или отопления, особенно если потребности объекта в течение дня меняются.
• В сельском хозяйстве приборы помогают управлять вентиляторами, системой орошения или подачи корма.

При выборе нужно исходить из показателей тока, потребляемой мощности: меньшие токовые значения приведут к перегрузке, а это негативно скажется на работе всей системы. Функционал техники легко расширить с помощью встроенных интерфейсов удаленного управления и других дополнительных опций. В нашем каталоге можно найти частотные преобразователи, подходящие для использования в разных сферах. Обращайтесь к специалистам ООО «ТД Сфера», если возникнут проблемы с выбором.