Перетворювачі частоти

За визначенням, перетворювач частоти (ПЧ) (або частотний перетворювач) — це електронний пристрій, який перетворює змінний струм (AC) однієї частоти в змінний струм з іншого робочою частотою. Традиційно ці пристрої представляли собою електромеханічні машини (мотор-генераторна установка). Їх іноді називають динамічними Частотними Перетворювачами.

З винаходом твердотільної електроніки стало можливим створювати повністю електронні перетворювачі частоти, які часто називають статичними частотними перетворювачами (без рухомих частин).

Хоча принцип перетворення фіксованого напруги і частоти мережі у змінні величини завжди залишався практично незмінним, було багато покращень від перших частотних перетворювачів, які включали тиристори і аналогову технологію, до сучасних цифрових пристроїв з мікропроцесорним управлінням. Через постійно зростаючої ступеня автоматизації в промисловості існує постійна потреба в більш автоматизованому управлінні та постійному збільшенні швидкості виробництва, тому весь час розробляються кращі методи для подальшого підвищення ефективності виробничих підприємств.

Сьогодні трифазний двигун з керуванням Частотними Перетворювачами є стандартним елементом всіх автоматизованих технологічних установок, комерційних і громадських будівель. Високоефективні асинхронні двигуни, але особливо конструкції двигунів, такі як двигуни з постійними магнітами, ЄС-двигуни синхронні резистивні двигуни, що потребують регулювання з допомогою Частотних Перетворювачів, багато двигуни навіть не можуть працювати безпосередньо від 3-фазного стандартного джерела живлення.

Контроль швидкості електродвигунів

Різні терміни використовуються для систем, які можуть контролювати або змінювати швидкість електродвигуна. Найбільш часто використовувані з них:

• Перетворювач частоти (ПЧ)
• Привід з змінною швидкістю (VSD)
• Привід з регульованою швидкістю (ASD)
• Перетворювач частоти (AFD)
• Частотно-регульований привід (VFD)

У той час як VSD і ASD відносяться до управління швидкістю в цілому, AFD і VFD безпосередньо підключений до регулювання частоти живлення двигуна. У цьому контексті абревіатура «Драйв» також використовується. Це формулювання охоплює силову електронну частину пристрої і допоміжні компоненти, такі як датчики струму, входи / виходи і людина-машина, інтерфейс (ЛМІ).

Навіщо використовувати контроль швидкості?

Існує безліч причин для налаштування швидкості привода:

• Економія енергії і підвищення ефективності систем
• Співвідношення швидкості привода з вимогами процесу
• Співвідношення крутного моменту або потужності привода з технологічними вимогами
• Покращити робоче середовище
• Зменшити механічні навантаження на машини
• Більш низький рівень шуму, наприклад, на вентиляторах і насосах

В залежності від застосування перевагою є той чи інший. Тим не менш, швидкість доведено, що управління дає значні переваги в багатьох різних додатках.

Як відрегулювати швидкість двигуна

Існує три основних технології для реалізації контролю швидкості, що використовуються в промисловості. У кожного є свої унікальні риси:

Гідравлічний

• Гідродинамічний тип
• Статичний тип

Вони часто використовуються в конвеєрах, особливо для землерийних машин у гірському обладнання. В основному це пов'язано з притаманною в обладнання гідроагрегат-складової чаасти.

Механічний

• Пасові і ланцюгові приводи (з регульованими діаметрами).
• Фрикційні приводи (металеві)
• Механізм з змінною швидкістю

Механічні рішення як і раніше воліють багато інженери, особливо механічні інженери - для деяких агрегатів, в основному з-за їх простоті і низькій вартості

Електричний

• Частотний перетворювач з електродвигуном
• Сервосистемы (наприклад, сервоусилитель і серводвигун PM)
• Двигун постійного струму з керуючою електронікою
• Двигун з контактним кільцем (управління ковзанням з асинхронним двигуном з намоточным ротором)

Історично електричні пристрої для керування швидкістю були складні в обігу і дороги. Вони використовувалися для найскладніших завдань, де не було альтернатив.

Наведений перелік технічних рішень для управління швидкістю двигунів не є вичерпним і повинен дати уявлення лише про можливості.

Сучасні перетворювачі частоти

Сучасні перетворювачі частоти можуть застосовуватися для регулювання і підтримки швидкості або крутного моменту веденої машини з точністю до ± 0,5%. Це не залежить від навантаження порівняно з постійною швидкістю роботи асинхронного двигуна, де швидкість може варіюватися від 3 до 5% (ковзання) від холостого ходу до повного навантаження.

Виробники двигунів використовують різні концепції для досягнення високої ефективності в електродвигунах. Для користувачів може бути важко побачити основні переваги однієї технології по відношенню до іншої, але користувач напевно помітить, що для енергоефективних електродвигунів потрібні високі технології управління.

В принципі, майже всі двигуни можуть працювати з алгоритмами управління, спеціально адаптованими до кожного типу двигуна. Деякі виробники перетворювачів частоти пов'язують свій дизайн з вузькою групою автомобільних технологій, але багато виробників мають різні алгоритми, які вбудовані і вибираються при введенні в експлуатацію.

Для наладчика і споживача важливо, щоб перетворювач частоти можна було легко вводити в експлуатацію на основі даних, які зазвичай доступні для використовуваного типу двигуна. Після введення в експлуатацію користувач повинен бути впевнений, що система дійсно так проста, як і очікувалося. З цієї причини онлайн-вимірювання фактичного споживання енергії і легкий доступ до важливих даних про роботу системи є суттєвими.

Слід мати на увазі, що всі компоненти системи важливі для потенційної економія електричної енергії. За даними Німецької Асоціації електрики та електроніки виробники (ZVEI), приблизно 10% економії можна досягти, використовуючи високоефективні двигуни, 30% економії досягається за рахунок змінної швидкості, але до 60% потенційної економії досягається при розгляді всієї системи та оптимізації відповідно.