Частотный преобразователь
Каталог по Частотным преобразователям - Скачать - 7 mb
Частотный преобразователь, что это? И для чего ?
Частотный преобразователь, он же преобразователь частоты (частотник) — это высокотехнологичные устройства, которые состоят из элементов на основе полупроводников.
Преобразователь частоты служит для преобразования сетевого трёхфазного или однофазного переменного тока частотой 50 (60) Гц в трёхфазный или однофазный ток, частотой от 1 Гц до 800 Гц. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.
Кроме того, имеется электронная система управления, построенная на микроконтроллере. С ее помощью производится управление всеми важнейшими параметрами электродвигателя. В частности при помощи преобразователя частоты можно изменять скорость вращения электрического двигателя, а следовательно всех узлов и механизмов которые он вращает.
Любой преобразователь частоты состоит из четырех основных модулей:
- Блока выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный;
- Устройства фильтрации постоянного напряжения;
- Инверторного узла (Преобразователя);
- Выходные транзисторы (IGBT модули) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя;
- Микропроцессорная системы управления. (с программируемым логическим контроллером).
Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель (особенно, когда расстояние от частотного преобразователя до электродвигателя, более 25м). А для уменьшения электромагнитных помех используют EMC-фильтр.
Стоит отметить, что в состав устройства входит несколько степеней защиты, которые также управляются микроконтроллерным устройством. В частности производится контроль температуры силовых полупроводниковых элементов. Кроме того, имеется функция защиты от короткого замыкания и превышения тока. Частотный преобразователь необходимо подключать к питающей сети посредством защитных устройств. Необходимость в магнитном пускателе отпадает.
Выпрямитель преобразователя частоты
Это самый первый модуль, через который протекает ток. С его помощью производится выпрямление переменного тока – преобразование в постоянный. Происходит это благодаря использованию таких элементов, как полупроводниковые диоды.
Устройства фильтрации постоянного напряжения
На выходе выпрямителя вы имеете постоянное напряжение, но оно обладает большими пульсациями, все еще проскакивает переменная составляющая. Чтобы сгладить все эти «неровности» тока, требуется применять как минимум два элемента – катушку индуктивности и электролитический конденсатор.
Инверторный узел (преобразователь)
Инверторный узел, наиболее важный во всей конструкции. С его помощью производится изменение параметров выходного тока. В частности его частоты, напряжения и т. д. Состоит инвертор из шести управляемых транзисторов. Для каждой фазы два полупроводниковых элемента. Стоит отметить, что в инверторном каскаде используются современные сборки из IGBT-транзисторов.
IGBT транзисторы (insulated gate bipolar transistor), произносящимся на слух как «ай-джи-би-ти». Используется igbt транзистор в системах управления электрическими приводами в сетях свыше 500в, до 10 Кв, и токами до 1200 ампер.
Ведущие мировые производители IGBT модулей: Fuji electric, Hitachi, Toshiba, Mitsubishi Electric, SEMIKRON(Siemens AG), Infineon Technologies.
Из-за особенностей частотных преобразователей, их выходное напряжение и ток имеют искаженную, несинусоидальную форму с большим количеством гармоник (помех). Инвертор преобразователя частоты генерирует широкий спектр высших гармоник с частотой 150 кГц-30 МГц. Питание обмоток двигателя таким искаженным несинусоидальным током приводит к появлению таких негативных последствий как тепловой и электрический пробой изоляции обмоток двигателя, увеличение скорости старения изоляции, увеличение уровня акустических шумов работающего двигателя, эрозии подшипников. Кроме того, чатотники могут являться мощным источником помех в электрической сети питания, оказывая негативное влияние на другое электрическое оборудование, подключенное к этой сети. Для ослабления отрицательного воздействия гармонических искажений, генерируемых в частотном преобразователе в процессе работы, на электрическую сеть, электродвигатель и собственно сам преобразователь частоты применяют различные фильтры, такие как сетевой (входной) и моторный (выходной) дросселя, а так же ЭМИ-фильтры.
Сетевые (входные) дроссели
Сетевой дроссель является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты и защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 порядка с частотой 250Гц, 350 Гц, 550 Гц и т.д. Кроме того, сетевые дроссели позволяют защитить преобразователь частоты от повышенного напряжения сети питания и бросков тока при переходных процессах в питающей сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который бывает, например, при отключении мощных асинхронных двигателей.
Сетевые (входные) дроссели рекомендуют применять:
- при наличии в сети электропитания значительных помех от другого оборудования;
- при асимметрии напряжения питания между фазами более 1,8 % от номинальной величины напряжения;
- при присоединении преобразователя частоты к питающей сети с очень низким полным сопротивлением (например, при запитке ПЧ от рядом расположенного трансформатора, мощность которого более чем в 6-10 раз больше мощности ПЧ);
- при присоединении большого количества преобразователей частоты к одной линии электропитания;
- при питании от сети, к которой подключены другие нелинейные элементы, создающие существенные искажения;
- при наличии в схеме электроснабжения батарей конденсаторов (компенсаторов реактивной мощности), повышающих коэффициент мощности сети.
Преимущества применения входных (сетевых) дросселей:
- Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети;
- Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения;
- Уменьшают скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты;
- Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ.
Выходные (моторные) дроссели
Выходные дроссели должны обязательно использоваться в случаях, если длина силового кабеля, соединяющего преобразователь и двигатель, превышает 30 м.
Так же, выходные моторные дроссели снижают скорость нарастания аварийных токов короткого замыкания и задерживают момент достижения максимума тока короткого замыкания, тем самым обеспечивают необходимое время для срабатывания цепей электронной защиты ПЧ;
Моторные дроссели компенсируют емкостные токи длинных моторных кабелей, то есть не дают развиваться большим емкостным токам и соответственно препятствуют ложным срабатываниям защиты ПЧ от сверхтоков;
Снижают выбросы напряжения на обмотках двигателя. При питании асинхронного двигателя от преобразователя частоты к обмоткам двигателя прикладывается импульсное напряжение со значительными пиками перенапряжений, суммарная величина которых, превышает амплитуду номинального напряжения питания асинхронного двигателя. Это может вызвать пробой изоляции обмоток двигателя, особенно при его длительной эксплуатации, когда изоляция обмоточных проводов и обмоток теряет свои первоначальные изоляционные свойства. Ниже приведена таблица рекомендуемых моторных дросселей для различных типономиналов преобразователей.
В качестве моторных дросселей, можно использовать дроссели, применяющиеся с другими моделями ПЧ, выпускаемыми другими изготовителями, не обязательно, чтобы они совпадали с производителем частотного преобразователя.
Вообще применение частотных преобразователей в настоящее время дает, только плюсы.
Частотный преобразователь с широтно–импульсным управлением (ЧП с ШИМ) снижает пусковые токи в 4-5 раз. Он обеспечивает плавный пуск асинхронного двигателя и осуществляет управление приводом по заданной формуле соотношения напряжение / частота. Защищает двигатель от перегрузок, потери фаз, перегрева и пр.
Дает экономию по потреблению энергии до 50%. Появляется возможность включения обратных связей между смежными приводами, т.е. самонастройки оборудования под поставленную задачу и изменение условий работы всей системы.
В комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока.
На современных устройствах плавного пуска встроенный контроллер позволяет запрограммировать до 25 различных программ управления.
Различают частотные преобразователи по типу управления: скалярное или векторное управление.
Скалярный тип управления. При скалярном управлении формируются гармонические токи фаз двигателя это означает что управление чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.
Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.
Скалярный способ управления позволяет осуществлять легкую регулировку, даже при использовании заводских настроек.
Векторный тип управления. Векторное управление — метод управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя). Векторное управление применяется в случае, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150-200% от Мном, это позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя. Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле.
На базе частотного преобразователя могут быть реализованы системы регулирования скорости и автоматизации следующих объектов:
- Насосов горячей и холодной воды в системах водо- и теплоснабжения, вспомогательного оборудования котельных, ТЭС, ТЭЦ и котлоагрегатов;
- Песковые и пульповые насосы в технологических линиях обогатительных фабрик;
- Рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортные средства;
- Дозаторы и питатели;
- Лифтовое оборудование;
- Дробилки, мельницы, мешалки, экструдеры;
- Центрифуги различных типов;
- Линии производства пленки, картона и других ленточных материалов;
- Оборудование прокатных станов и других металлургических агрегатов;
- Приводы буровых станков, электробуров, бурового оборудования;
- Высокооборотные механизмы (шпиндели шлифовальных станков и т.д.);
- Экскаваторное оборудование;
- Крановое оборудование;
- Механизмы силовых манипуляторов.