Применение частотного преобразователя для управления электродвигателем переменного тока

Частотные преобразователи

Чтобы получить возможность регулирования скорости вращения асинхронного двигателя используют специальные устройства, которые изменяют входное напряжение и частоту до требуемой величины. Такое изменение позволяет регулировать, а значит и экономно расходовать энергию, которая нужна для работы двигателя.

Принцип работы частотного преобразователя заключается в том, что поступающий из сети переменный ток преобразуется в постоянный, а затем обратно в переменный, но уже той частоты, которая требуется потребителю. На выходе осуществляется регулировка частоты тока, а не напряжения. В случае, когда преобразователь получает питание от источника постоянного тока, отпадает надобность выпрямителя. Прибор просто преобразует инвертором, поступивший постоянный ток в требуемые параметры.

Частотные преобразователи, разделяют на две категории:

• С промежуточным переходом на постоянный ток.
  

  Здесь синусоида входного напряжения поступает в выпрямитель, затем на сглаживающие фильтры. Следующий этап – инвертор, где идет преобразование в переменной напряжение заданной амплитуды и частоты. Потери дважды преобразованной электроэнергия снижают КПД установки, и увеличивают размеры – массу.

  Формирование выходного синусоидального напряжения, чаще всего выполняют автономным инвертором методом ШИМ (широтно – импульсного моделирования). Такие преобразователи наиболее широко используют в современных приводах.

• С непосредственной связью.

Это управляемый выпрямитель, который отпирает те цепи, которые будут поставлять, ток/частоту нужные потребителю. Следует знать, что в данном случае выходные частоты всегда будут иметь меньшие численные значения, нежели подаваемая на вход частота. Такие преобразователи имеют ограниченный диапазон выходных параметров.

Частотные преобразователи не являются резисторной нагрузкой и создают в сети питания токи высших гармоник, это ухудшает качество электроэнергии.

Характеристики частотных преобразователей

Использование в производстве частотных преобразователей позволяет снизить, почти в два раза энергетические затраты в вентиляторных, компрессорных и насосных устройствах. Экономить позволяет регулирование частоты вращения двигателя. Основные характеристики, на которые следует обратить внимание при покупке преобразователя частоты, это требования которые предъявляет подключаемый электропривод:

• Частота и интенсивность переключение двигателя вкл/выкл.
• Тип и мощность движка.
• Время, требуемое для разгона/торможения двигателя.
• Класс точности регулирования.

Использование преобразователей частоты на насосных станциях.

Управляют работой насосных станций, регулируя давление в трубопроводе. Рассчитывают нужные для их функционирования параметры и запускают рабочий режим. Насосы, на этих станциях, работают с неизменной частотой и угловой скоростью, не учитывая скачки потребности в воде. Получить значительный экономический эффект можно, если учитывать значительное снижение потребления воды в ночной период. В это время можно не давать полную нагрузку на насосы. Получим значительную экономию электроэнергии, в сети не будет подниматься давление и приводить к ее выходу из строя.

После того, как были внедрены регулируемые электроприводы, промышленность стала поддерживать номинальный напор воды, повышая или понижая интенсивность работы насоса, в зависимости от потребности. Для этого начали применять асинхронные электродвигатели. Регулирование угловой скорости вращения двигателя производится использованием частотного преобразователя. С помощью преобразователя меняют входные параметры, которые поступают непосредственно на двигатель, тем самым, изменяются и выходные. В зависимости от входного напряжения / частоты, изменяется и скорость вращения в двигателе до минимума.

Когда частотный преобразователь снижает амплитуду/частоту входного напряжения, снижается скорость двигателя и производительность насоса. Снижение или повышение частотно-амплитудных характеристик, происходит в соответствии с данными датчиков, которые фиксируют потребности в расходе воды и скачков давления в трубопроводе.

Выгоды от использования частотных преобразователей

Все частотные преобразователи Danfoss нового поколения, заключаются в влаго-пылезащитный корпус, имеют минимально возможные объемы, возможность использования в проблемных средах. Диапазон по мощности у частотных преобразователей от0,18 кВт до 630 кВт. Это устройства, которые предназначены для работы в промышленной сети с номинальным напряжением 380-500В и промышленной частотой в 50 Гц. Проведенная статистика использования частотных преобразователей на насосных станциях показывает их эффективность в нижеперечисленных параметрах.

• Регулировка мощности работы электродвигателя в соответствии с реальной потребностью в воде, позволила понизить расходы на электроэнергию от 20% до 50% .
• Снизился расход воды, в виду того, что понизилось количество протечек, прорывов трубопровода из-за значительного повышения давления воды в системе, в периоды малого потребительского спроса.
• Снизились материальные затраты на аварийные вызовы. Снизились количества аварий вызванных гидравлическим ударом, который происходит из-за эксплуатирования нерегулируемого электропривода. Ресурс безаварийной работы повысился более чем на 55%.
• Значительно повысилась экономия тепло ресурсов, в системе горячего тепло-водо-снабжения. Это произошло за счет уменьшения расхода и потерь горячей воды в системе.
• Использование частотных инверторов, позволяет повысить подаваемый напор воды в систему, выше расчетного (номинального) при превышении расхода.
• Предоставляется возможность провести комплексную автоматизацию системы водоснабжения, сократить количество обслуживающего рабочего персонала, снизить «человеческий фактор», вероятность ошибок.

Характеристика мощности преобразователей частоты

Мощностьчастотных преобразователей, следует выбирать в соответствии с номиналом, который указан на двигателе, по мощности наибольшей нагрузки.

• При условии, что нагрузка на вал будет постоянной, а ток должен быть выше установленного номинального значения, тогда частотный преобразователь Danfoss VLT должен иметь мощность как у электродвигателя.
• При перегрузочном режиме двигателя, следует подбирать частотные преобразователи по максимальному значению потребления тока и учитывая показатели работы при перегрузке.

Характеристики входной сети

Наиболее часто используется трехфазная сеть 380В, но имеется ряд преобразователей, работающих от однофазной сети 220-240В. Обычно этот диапазон напряжений для маломощных двигателей. Следует обратить внимание на допуски колебания напряжения в сети.

Характеристики диапазона регулирования

Обязательно следует учесть требования к перепадам скорости вращения. Если изменения скорости происходят в пределах 10%, то можно использовать любой частотный преобразователь Danfoss. Если перепады находятся в пределах от 100% до нуля, то следует подбирать частотные преобразователи, который обеспечит вращение с минимальной угловой скоростью.

Следует учесть и аспект нагрева асинхронного двигателя при снижении скорости. Имеются частотные преобразователи, которые учитывают этот эффект через датчик температуры.