Принцип действия преобразователей частоты для электродвигателей Преобразователи частоты (ПЧ) используются для регулирования скорости или момента асинхронных электродвигателя в широком частотном диапазоне и с хорошим коэффициентом полезного действия (КПД). ПЧ надежно защищает двигатель от короткого замыкания между фазами и утечки на землю, обеспечивает тепловую защиту от перегрузки по моменту и току. Частотный преобразователь способен регистрировать, измерять, и передавать различные параметры электродвигателя: скорость, ток, мощность, момент, напряжение, потреблённую электроэнергию, температуру.
Принцип частотного регулирования скорости асинхронного двигателя используемый в преобразователях частоты заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с формулой ниже, при неизменном числе пар полюсов ρ электродвигателя регулировать угловую скорость магнитного поля статора. ω0=(2πf1) / ρ
Этот метод обеспечивает плавное регулирование скорости в большом скоростном интервале, а механические характеристики имеют высокую жесткостью. Регулировка скорости при этом не сопровождается ростом скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании незначительные. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя, так называемых коэффициентов полезного действия, мощности, перегрузочной способности – требуется вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение.
В структурную схему любого ПЧ входят как минимум, четыре основных блока: Выпрямитель используется для выпрямления переменного напряжения в постоянное пульсирующее.
Промежуточная цепь или фильтр для сглаживания пульсаций постоянного тока. Ее можно рассматривать как хранилище, из которого двигатель может получать энергию через инвертор. Из промежуточной цепи инвертор получает: изменяющийся постоянный ток, изменяющееся напряжение постоянного тока или неизменное напряжение постоянного тока. Блок преообразования частоты или инвертор, вновь создает переменное напряжение, но уже определенной и контролируемой частоты и нужной амплитуды. В его схеме могут быть использованы тиристоры или транзисторы, выполняющие роль ключей. В инверторе всегда создается заданная частота, подаваемая на электродвигатель. Если ток или напряжение являются изменяющимися, инвертор создает только частоту. Если напряжение неизменно, инвертор сгенерирует для ЭД как необходимую частоту, так и требуемое напряжение. Блок управления контролирует и управляет работой электронных ключей, кроме того он контролирует выходные параметры, диагностирует состояние тока на выходе ПЧ 
Принцип работы преобразователя частоты асинхронного электродвигателя Принцип действия низковольтного ПЧ на IGBT транзисторах Типовая структурная схема такого преобразователя частоты представлена на рисунке ниже. Под ней показаны графики токов и напряжений на выходе каждого компонента инвертора. Переменное напряжение от типовой питающей сетис постоянной амплитудой и частотойследует на управляемый или неуправляемый выпрямитель. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяется фильтр. Выпрямитель и конденсаторный фильтр составляют звено постоянного тока на рассматриваемой структурной схеме. 
С выхода фильтра постоянное напряжение следует на вход автономного импульсного инвертора. Он выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором, так называемых, IGBT транзисторах. В инверторе происходит преобразование постоянного напряжения в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. По управляющим сигналам каждая обмотка электрического мотора подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к отрицательному и положительному полюсам звена постоянного тока. Длительность подсоединения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется в соответствии с синусоидальным законом. Наибольшая ширина импульсов в середине полупериода, а к началу и концу полупериода она снижается. Таким образом, управляющая система осуществляет широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам электромотора. Частота и амплитуда напряжения задаются параметрами модулирующей синусоидальной функции. При высокой несущей частоте ШИМ от 2 до 15 кГц обмотки мотора вследствие их высокой индуктивности работают в роли фильтра. Поэтому через них следуют практически синусоидальные токи. В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (построены на базе тиристоров с третим управляющим электродом) изменение амплитуды напряжения может происходить с помощью настройки величины постоянного напряжения, а изменение частоты задается режимом работы инвертора. В случае надобности на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр для сглаживания токовых пульсаций. (В схемах преобразователей выполненых на основе IGBT транзисторов в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении необходимость в фильтре практически полностью отсутствует. Таким образом, на выходе ПЧ образуется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение регулируемой амплитуды и частоты. 
Принцип работы современного преобразователя частоты отлично выравнивает пусковые токи, тем самым экономя до 50% потребляемого мотором электричества. Фактически, применяя ПЧ и асинхронный двигатель, получаем на выходе полноценный генератор трехфазного напряжения с нужными нам параметрами частоты и амплитуды.
Подключение ПЧ к электродвигателю может быть от одно или трех фазных цеаей. При этом к однофазной можно подсоеденить как однофазный, так и трехфазный с установкой конденсаторного блока преобразователь. Но при подключении трехфазного ПЧ к однофазной сети случится неизбежное падение мощности. Подсоединение происходит по схеме треугольника. При трехфазном подсоединении используется только схема звезда. 
При использовании мотора мощность более 5 кВт для снижения пускового момента, рекомендуется использовать переход звезда-треугольник. То есть, чтобы пуск получился плавным, статор подсоединяется по схеме звезды. Как только ЭД наберет необходимые обороты, схема автоматически переключится на соединение треугольник. Единственный важный момент, на который необходимо обратить пристальное внимание, это возможность работы трехфазного асинхронного двигателя и схеме треугольник, и по схеме звезда. При включении в трехфазную сеть чаще применяется схема звезда. Также обязательно использование автоматического выключателя, но для всех фаз должен быть один рычаг, чтобы при перегрузке на одной из них обесточивались все линии параллельно.
Выходы. Присутствие выходов нужно для организации обратной связи с прибором, то есть он способен проинформировать ПЧ о возникшей проблеме. Количество выходов и входов должно быть равным Способ управления ПЧ. Существуют два способа управления: скалярный и векторный. Последний имеет отличные точностные показатели, часто используется для установки в ПЧ для асинхронных двигателей. Но такие приборы по цене гораздо выше. Более бюджетный вариант применение скалярного метода управления. Он несколько проще, но может работать только в диапазоне, заданных показателей. Применяется для ЭД с небольшими и средними нагрузками. Напряжение сети. Так как в России перепады напряжения обыйденное явление, то следует выбирать ПЧ, который может работать в более широком вольтовом интервале . При сильном снижении вольт преобразователь может просто отключится. А вот при сильном превышении, может быть и поломка преобразователя. Мощность. Должна соответствовать показателям используемого электродвигателя, но ни может быть точно такой же. Необходимо выбирать этот технический параметр на 10-15% более мощности ЭД. Частотные показатели. По данному критерию нужно подбирать конкретную модель, которая вписывается в установленные рамки, рекомендуемые производителем ПЧ.
Altivar 61, Altivar 71, Altivar S383, Altivar Lift |
  |
