Частотный преобразователь
Устройство и принцип действия частотного перобразователя.
Электронный частотный преобразователь состоит из схем, в состав которых входит тиристор или транзистор, которые работают в режиме электронных ключей. В основе управляющей части находится микропроцессор, который обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).
В зависимости от структуры и принципа работы электрического привода выделяют два класса частотных преобразователей:
1. С непосредственной связью.
2. С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока
Каждый из существующих классов частотных преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.
В частотных преобразователях с непосредственной связью электрический модуль представляет собой управляемый выпрямитель. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает обмотки двигателя к питающей сети.
Таким образом, выходное напряжение частотного преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. Частота выходного напряжения у таких частотных преобразователей не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц, и как следствие — малый диапазон управления частотой вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие частотные преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.
Использование незапираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость частотного преобразователя. «Резаная» синусоида на выходе частотного преобразователя с непосредственной связью является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению КПД системы в целом.
Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых модулях находят частотные преобразователи с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока. В частотных преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе, фильтруется фильтром, сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению КПД и к некоторому ухудшению массо - габаритных показателей по отношению к частотным преобразователям с непосредственной связью.
Для формирования синусоидального переменного напряжения используют автономный инвертор, который формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках электродвигателя (как правило, методом широтно - импульсной модуляции). В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.
Главным достоинством тиристорных частотных преобразователей, 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 КПД (до 98 %) по отношению к частотным преобразователям на IGBT-транзисторах.
Частотные преобразователи являются нелинейной нагрузкой, создающей токи высших гармоник в питающей сети, что приводит к ухудшению качества электроэнергии.
На что обратить внимание при выборе частотного преобразователя.
Производители делают упор на стоимость частотного преобразователя. Поэтому многие опции доступны только у дорогих моделей. При выборе частотного преобразователя следует определиться с основными требованиями для конкретного использования. Управление может быть векторным или скалярным. Первое даёт возможность точной регулировки. Второе лишь поддерживает одно, заданное соотношение между частотой и напряжением на выходе и подходит только для простых приборов, вроде вентилятора. Чем выше указанная мощность, тем универсальнее будет частотный преобразователь — обеспечится взаимозаменяемость и упростится обслуживание оборудования. Диапазон напряжения сети должен быть максимально широким, что обезопасит при перепадах его норм. Понижение не так опасно для частотного преобразователя, как повышение. При последнем — вполне могут взорваться сетевые конденсаторы. Частота должна полностью соответствовать потребностям производства. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости привода. Если нужен более широкий, потребуется векторное управление. На практике применяются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100Гц. Управление осуществляется через различные входы и выходы. Чем их больше, тем лучше. Но большее количество разъёмов существенно увеличивает стоимость частотного преобразователя и усложняет его настройку.
Дискретные входы (выходы) используются для ввода команд управления и выхода сообщений о событиях (например, о перегреве), цифровые – для ввода сигналов цифровых датчиков (высокочастотных), аналоговые – для ввода сигналов обратной связи.
Шина управления подключаемого оборудования должна совпадать с возможностями схемы частотного преобразователя асинхронного двигателя по количеству входов и выходов. Лучше иметь небольшой запас для модернизации. Перегрузочные способности. Оптимален выбор частотного преобразователя с мощностью на 15% больше мощности используемого двигателя. В любом случае нужно прочесть документацию. Производители указывают все основные параметры двигателя. Если важны пиковые нагрузки, следует выбрать частотный преобразователь с показателем пикового тока на 10% больше указанного.
Рекомендации по обслуживанию частотного преобразователя.
Для продления срока эксплуатации частотного преобразователя необходимо соблюдать следующие правила: Регулярно очищать внутренности частотного преобразователя от пыли (лучше выдувать её небольшим компрессором, так как пылесос с загрязнением не всегда справится – пыль уплотняется). Своевременно заменять узлы. Электролитические конденсаторы рассчитаны на пять лет, предохранители на десять лет эксплуатации. А вентиляторы охлаждения на два-три года использования. Внутренние шлейфы следует заменять раз в шесть лет. Контролировать внутреннюю температуру и напряжение на шине постоянного тока.
