Частотные преобразователи: критерии выбора

Преобразователи частоты активно завоевывают рынок, поэтому сейчас крайне актуально "повышение квалификации" инженерно-технического персонала. Автор статьи не ставит перед собой цель изложить тему полностью, однако постарается помочь разработчикам машиностроительного оборудования лучше сориентироваться в вопросах выбора и применения преобразователей в повседневной практике.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на сегодняшний день является одним из самых дешевых и надежных и поэтому, активно применяется в промышленности. Однако нет в мире ничего идеального, и этот двигатель – не исключение. Недостатков у него два. Во-первых, не удается простым способом регулировать скорость двигателя и, как следствие, производительность механизма. Проблема, конечно, решается: в насосах применяются задвижки, ограничивающие поток жидкости, в вентиляторах – шибера и заслонки, в промышленных механизмах – разного рода редукторы. Однако все эти варианты имеют свои минусы: одни неэкономичны, другие ненадежны, третьи обеспечивают лишь конечный набор скоростей и необходимость остановки механизма для переключения и т.д. Вторая проблема – очень большой пусковой ток (в 5-7 раз, превышающий номинальный) и момент, приводящий к ударным механическим нагрузкам при пуске. Соответственно необходимо использование более устойчивой коммутационной аппаратуры и применение тех или иных демпфирующих устройств.

В результате многолетних попыток решить эти проблемы родился прибор, оптимальный по своим функциям и обеспечивающий возможность плавного запуска и непрерывного регулирования скорости электронным способом, по определению являющимся более надежным, чем механический. Прибор более надежным, чем механический. Прибор этот получил название преобразователь частоты.

Рассмотрим применения частотных преобразователей по степени популярности:

Насосы. Потребляемая насосом мощность пропорциональна кубу скорости вращения, поэтому использование частотного преобразователя дает экономию электроэнергии до 30% и даже больше по сравнению со способом регулирования мощности заслонками на трубе. Эта экономия позволяет окупить частотный преобразователь примерно за год. Попутно решается проблема гидравлических ударов: при работе преобразователя частоты пуск и останов насоса происходят плавно. Современные преобразователи ведущих фирм имеют систему управления, позволяющую управлять группой насосов, то есть практически построить насосную станцию без привлечения дополнительного контроллера.

Вентиляторы. Все, что было сказано для насосов, относится и к вентиляторам. Экономия электроэнергии здесь обычно еще больше, поскольку для обеспечения прямого пуска тяжелых вентиляторов часто применяются двигатели повышенной мощности. При проектировании новых установок можно использовать с преобразователем двигатель м двигатель меньшей мощности, а при модернизации существующих установок дополнительная экономия получается за счет снижения потерь холостого хода.

Взгляните на рисунок 29: переменное напряжение сети выпрямляется, сглаживается конденсаторами, а затем из полученного постоянного напряжения выходной генератор формирует напряжение необходимой частоты и амплитуды.

Рис.29. Формирование напряжения необходимой частоты и амплитуды

Формирование это схематически показано на рис. 30: по существу генератор просто открывает и закрывает нужные выходные ключи, формируя последовательность импульсов различной ширины; результат отнюдь не похож на синусоиду. Однако в работе участвует и двигатель, индуктивность которого приводит к сглаживанию кривой тока, который оказывается пропорциональным среднему значению напряжения (собственно, поэтому от преобразователя частоты без специальных мер нельзя питать другие нагрузки).

Рис.30. Формирование напряжения необходимой частоты и амплитуды схематически

По такой силовой схеме собрано подавляющее большинство представленных на рынке преобразователей частоты. Все отличия кроются в функциях системы управления, которые можно разделить на три группы:

1. Управление силовыми ключами выходного генератора;

2. Обеспечение защиты двигателя, сети и самого преобразователя частоты;

3. Система обмена информацией с внешним миром.