Электродвигатель переменного тока на сегодняшний день является одним из основных преобразователей электрической энергии в механическую. Существует огромный класс этих машин, обладающих самыми различными характеристиками – мощностью, скоростью вращения, принципом действия. По сути, идеальный вариант преобразователя, но и его возможностей в некоторых случаях оказывается недостаточно. Именно для таких случаев и создаются частотные преобразователи.
Что это такое
Частотный преобразователь – это электроиндукционный или электронный прибор, преобразующий напряжение одной частоты (обычно 50-60 Гц) в напряжение другой (от 1 до 800 Гц). При этом, как правило, величина самого напряжения не изменяется. Количество входных и выходных (преобразованных) фаз не регламентируется – приборы могут быть однофазными, трехфазными и с преобразованием количества фаз, к примеру, вход трехфазный, выход однофазный.
Для чего нужны
Одной из главных особенностей двигателей переменного тока – как синхронных, так и асинхронных – зависимость частоты вращения от частоты питающей сети. При снижении питающего напряжения такие устройства теряют мощность, но стараются поддерживать свою рабочую частоту. Если мощности для поддержания оборотов недостаточно, машина неуправляемо теряет обороты и в конце концов останавливается, что ведет к неминуемому выходу ее из строя.
Таким образом, чтобы изменить скорость вращения и при этом сохранить заданную мощность на валу, необходимо изменить частоту питающего напряжения. Именно этим и занимаются частотные преобразователи. Благодаря этим приборам двигатели могут изменять режим работы, что нередко бывает необходимым для выполнения определенных задач (изменение производительности насосов, скорости транспортеров и пр.).
Как они работают
Как указывалось выше, частотные преобразователи могут быть двух типов:
- Электроиндукционные.
- Электронные.
Первый тип представляет собой асинхрнонный двигатель с фазным ротором, работающий в режиме генератора переменного тока. На сегодняшний день электроиндукционные преобразователи частоты успешно вытесняются полностью электронными устройствами, которые имеют лучшие массогабаритные показатели и больший ресурс при примерно таких же остальных характеристиках.
Такие устройства не имеют механических частей и производят преобразование частоты при помощи электронных методов. Все электронные преобразователи можно разделить на два типа:
- С непосредственной связью.
- С промежуточным звеном постоянного тока.
Электронные преобразователи частоты (кликните для увеличения)
Приборы с непосредственной связью создают выходное переменное напряжение непосредственно из входного, подключая нагрузку (двигатель) к питанию в определенные моменты времени. Таким образом, на двигатель поступает напряжение, «нарезанное» из синусоиды входного.
Приборы с непосредственной связью достаточно просты по конструкции, надежны, но имеют существенный недостаток. Выходная частота такого преобразователя не может быть выше или равной частоте на входе (обычно от 1 до 50 Гц). Это существенно снижает диапазон регулировки частоты вращения электромоторов, а значит и область их применения.
Устройства второго типа сначала выпрямляют входное напряжение, а уже потом из полученного постоянного формируют выходное с заданной частотой. Наиболее распространенный на сегодня метод преобразования таких устройств – широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
В электронных преобразователях диапазон изменения выходной частоты, в принципе, может быть чрезвычайно широким, но из технических соображений, как было указано выше, он редко превышает 1-800 Гц. Вызвано это тем, что существующие на сегодня электрические моторы не могут поддерживать изменение скорости вращения в более широком диапазоне.
Дополнительные функции
Практически все современные частотные преобразователи высокого класса имеют множество дополнительных функций – порой удобных, но чаще просто необходимых. Так, частотный преобразователь 2,2 кВт 380 В (ED6000V-2R2G/3R7P-4) имеет встроенный микроконтроллер, поддерживающий не только ручное управление, но и автоматическое. При необходимости он может быстро остановить двигатель постоянным током (динамическое торможение) или защитить его от перегрузки, перегрева, ненормированного изменения питающего напряжения, пропадания фазы и пр.
Благодаря внешнему управляющему интерфейсу подобные преобразователи могут интегрироваться в самые различные системы управления производственными процессами (SCADA), автоматически изменяющие выходные характеристики прибора в зависимости от внешних условий (изменение нагрузки на валу электромотора, сигналы с внешних датчиков, условий техпроцесса и пр.).