Частотные преобразователи в 2024 году

Частотные преобразователи (ЧП или частотники) — это устройства, регулирующие скорость крутящего момента в асинхронных двигателях. Благодаря их применению электромотор плавно запускается, снижаются энергозатраты и расходы на эксплуатацию, продлевается срок службы оборудования. Рассмотрим устройство частотных преобразователей, виды, где их используют и по каким критериям выбирают.

Устройство частотных преобразователей

Чтобы разобраться, по какому принципу прибор контролирует мощность асинхронного двигателя, необходимо изучить, из каких элементов состоит устройство частотных преобразователей:

1. Выпрямитель. Частотники применяют для электродвигателей переменного тока. Данная деталь с помощью полупроводникового диода преобразует входную переменную энергию на неизменную величину и создает два полюса — плюс и минус. При этом в зависимости от вида частотного преобразователя (однофазный или трехфазный) изменяется количество диодов. В первом варианте их используется четыре, и расположены они по мостовому методу, а во втором применяют шесть диодов.
2. Фильтр напряжения. Состоит из катушки индуктивности, которая плавно понижает электрические импульсы и электролитического конденсатора, сглаживающего силу пульсации тока. В результате фильтр напряжения стабилизирует постоянное электричество, выходящее из выпрямителя.
3. Инверторный узел. Состоит из транзисторов (чаще используют IGBT), которые подсоединяют попарно к каждой фазе. С их помощью регулируют величину и частоту электричества.
4. Микропроцессорная система. Условно называется «сердцем» ЧП и состоит из большого количества микросхем. Основное назначение элемента — регуляция направления и скорости вращения ротора двигателя, а также силовые параметры тока. Это помогает избежать перегрузок электромотора и его перегрева после пуска оборудования. Из-за особой важности система нуждается в защите от действия природных факторов и механических повреждений.

Кроме этого, большинство преобразующей техники укомплектовано экранированными проводниками — они защищают двигатель от больших колебаний электричества. Перечисленные элементы устройства помещены в компактный пластиковый или металлический бокс, служащий защитой для комплектующих от механических повреждений.

Также частотник может быть доукомплектован элементами, которые обеспечивают повышение точности работы электромотора, и облегчающими управление:

• кабель связи;
• программное обеспечение и карта памяти;
• контроллер;
• дисплей, показывающий основные параметры.

Комплектация частотных преобразователей зависит от производителя и того, для чего устройство предназначено. Также есть модели частотников, изменяющих постоянный ток в переменный.

Принцип действия частотных преобразователей

Первоначально рассмотрим, что делает частотник. Его основное назначение — запуск асинхронного двигателя, защита от высокого электричества, а также улучшение работы оборудования за счет обеспечения плавной стабилизации мощности. Простыми словами, устройство выполняет функцию источника питания, преобразуя напряжение под заданные параметры, при этом КПД повышается с низкими потерями электроэнергии. Осуществляется это благодаря следующему принципу действия частотных преобразователей:

1. Электричество от сети поступает в выпрямитель. В нем оно преобразуется из переменного в постоянный, но при этом напряжение имеет выраженную пульсацию. Величина выходящего тока зависит от силовой части устройства. Чаще используют трехфазные выпрямители, чем однофазные.
2. Далее энергия поступает в подключенный следом фильтр напряжения, который сглаживает пульсацию и снижает реактивную мощность.
3. Затем в инверторном узле электричество подгоняется под нужные параметры.

Контролирует работу частотного преобразователя микропроцессор: в том числе он защищает оборудование от перегрузок, возникающих при скачках энергии. Управление ЧП схемой может производиться двумя методами.

Скалярное или вольт-частотное

Изменение параметров в частотнике основано на линейном закону, по которому исходные характеристики преобразуются пропорционально, обеспечивая сохранность магнитного потока на заданных показателях. Изменение величины частоты взаимосвязано с напряжением, при этом показатель является постоянным. В результате увеличивается или уменьшаются угловая скорость вала, КПД, крутящий момент и мощность.

Склярные частотные преобразователи выделяются доступной ценой: их можно применять для стабилизации работы нескольких электрических электродвигателей одновременно, а благодаря простой конструкции за ними легко ухаживать.

Векторное или векторно-частотное

Частотник обеспечивает более точное управление работой оборудования за счет сохранения величины нагрузки на двигатель. Микропроцессор устройства поддерживает на постоянном уровне частоту вращения ротора, что является принципиальным показателем для стабильной работы многих видов оборудования. Дополнительно векторные ЧП делятся на бездатчиковые и с обратной связью. Второй вариант более востребован, так как подходит для приборов с большим интервалом показаний скорости.

Далее рассмотрим описание режимов управления частотника оператором:

1. Ручной. Рабочий включает и останавливает электромотор с помощью пульта. Далее ЧП регулирует параметры в автоматическом режиме. В случае возникновения внештатных ситуаций устройство само останавливает двигатель.
2. Внешний. Контроль за работой производится с помощью компьютера. Оператор может регулировать параметры, а также запускать или останавливать электромотор.
3. Сухой контакт. ЧП начинает работать автоматически при запуске оборудования.
4. По событиям. Устройство функционирует частично или полностью автоматизировано с оборудованием. Есть возможность запрограммировать время запуска и остановки электромотора, а также параметры его работы.

Выбор модели по виду управления микропроцессором и оператором зависит от назначения частотного преобразователя (для насоса, вентилятора, чайника, установок для скважин и другого оборудования). Далее рассмотрим разнообразие ЧП.

Виды частотных преобразователей

ЧП разделяют на виды по множеству параметров. Первый — по типу микропроцессора: склярные и векторные, а также по способу управления оператором: ручные и автоматические. В последний вид входят 2-4 способы контроля работы частотного преобразователя. Это только основные виды ЧП. Рассмотрим какие еще есть:

1. Способ питания от сети. Есть с прямым соединением с источником переменного тока, так и через посредника, который частично преобразовал переменный ток в постоянный.
2. Схема подключения. ЧП разделяют на однофазные и трехфазные. Первые используют для напряжения сети в 220 В, а вторые для 380 В. Такое разнообразие показателей позволяет выбрать преобразователь, соответствующий используемой сети.
3. Корпус: пластиковый или оцинкованная сталь с покрытием от коррозии.

Также частотники разделяют по видам в зависимости от работы преобразователя:

• выпрямители — изменяют переменную энергию в постоянную;
• инверторы — преобразуют переменное значение в постоянное;
• прерыватели — изменяют значение постоянного тока;
• регуляторы переменного тока — контролируют величину переменной энергии.

При этом в зависимости от рассмотренных критериев частотник может быть, например, векторным, трехфазным, на автоматическом управлении, с прямым подключением к сети и в металлическом корпусе.

Применение частотных преобразователей

Многообразие видов частотников позволило производителям выпускать устройства в большом ассортименте: сейчас можно подобрать модель для любой промышленности и даже для бытовых приборов. Рассмотрим, где применяют частотные преобразователи.

Одна из отраслей — краны и автотранспорт, поднимающий грузы. Их функционирование связано с необходимостью быстрого запуска и остановки электродвигателя. Частотник обеспечивает плавную работу техники с регулярным контролем нагрузки на мотор и без раскачивания перемещаемого груза. Как результат — высокая производительность и снижение вероятности перегрузки двигателя.

Вентиляторы, кондиционеры и дымоотводы в котельных также можно отнести к этому списку. Их работа связана с большой перегрузкой. ЧП обеспечивает плавность контроля работы приборов, высокое КПД, снижение расходов на электроэнергию, а также их автоматизацию. К тому же частотные преобразователи усиливают мощность тока до нужных показателей, без перегрева двигателей. Другие области:

1.     Транспортеры, лифты, прокатные станки и другие устройства аналогичного принципа работы. Частотные преобразователи обеспечивают плавную скорость без рывков, препятствуют перегреву двигателя, что позволяет продлить срок эксплуатации оборудования, а также избежать травматизации.

2.     Насосы и компрессоры. Частотники уменьшают высокую нагрузку на двигатель и повышают КПД. Благодаря частотным преобразователям для стабильной работы насосов не требуется дополнительно приобретать клапаны и вентили. ЧП используют для контроля давления и повышения производительности, а также для защиты трубопроводов от гидроударов.

3.     Высокочастотные вращающиеся станки. ЧП в данном оборудовании заменяют коробку передач. Оператор с помощью устройства контролирует плавность и частоту вращения станка, а также направление крутящего момента двигателя. Частотники можно применять и для оборудования со средней нагрузкой.

4.     Мельницы, центрифуги и дробилки. При работе данных устройств важно плавно регулировать и контролировать скорость. Без частотника двигатель подвергается большим нагрузкам и может быстро выйти из строя.

5.     Установки для бурения скважин. При работе оборудования важно плавное погружение и извлечение бурового инструмента. Дополнительно частотники продлевают срок службы оборудования и повышают производительность.

Это неполный список оборудования, для которого рекомендовано применение частотных преобразователей. Благодаря устройству предприятие экономит на расходе энергии, уменьшает затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудования с асинхронными электромоторами. Еще один плюс: в разы увеличивается производительность.

Отличие частотного преобразователя от инвертора

Многие путают и считают, что инвертор и частотный преобразователь — одно и то же. Частично это верно, так как оба устройства преобразуют электроэнергию. При этом инвертор изменяет постоянный ток в переменный и используется в качестве дополнительного источника питания. Частотник может преобразовывать как переменное значение в постоянное, так и наоборот.

Рассмотрим, чем устройства отличаются:

Можно сделать вывод, что инвертор — это разновидность частотника, но может преобразовывать энергию только из постоянной в переменную величину. Выбор прибора осуществляется от того, к чему его приобретают, то есть для какого оборудования оно предназначено.

Далее обсудим основные преимущества частотного преобразователя. Устройство:

• контролирует и плавно регулирует скорость асинхронного двигателя, без рывков и ударов;
• экономит на расходе электроэнергии до 50%;
• защищает от перегрузок при скачках электроэнергии в сети, продлевая срок работы двигателя и оборудования, а также снижая затраты на ремонт;
• плавно запускает и останавливает двигатель;
• снижает частоту техобслуживания двигателя и других деталей оборудования;
• облегчает управление работой устройством;
• повышает продуктивность оборудования;
• обеспечивает автоматическую аварийную защиту;
• снижает шум от рабочего двигателя;
• автоматизирует процесс управления двигателем;
• поддерживает заданные параметры работы устройства: скорость вращения, давление, температура и т. д.;
• не допускает перегрева двигателя.

Благодаря перечисленным преимуществам срок окупаемости частотника составляет не больше полугода. Для защиты ЧП могут использоваться инверторы, УПП (устройства плавного пуска) и ЧРП (частотно-регулируемый привод).

Как выбрать частотный преобразователь

Из-за многообразия видов и производителей выбрать подходящую модель новичку достаточно сложно. Обсудим, на какие критерии обращать внимание при покупке изделия:

1. Определиться заранее с типом управления микропроцессоров: склярное или векторное. Второй вариант более практичный и удобный в применении, но и стоит дороже.
2. Мощность частотного преобразователя. Чем выше значение, тем проще техобслуживание оборудования и универсальнее устройство.
3. Диапазон контроля напряжения. В электрических сетях перепады могут быть от 180 В до 270 В. При этом, если низкий показатель не приведет к серьезной поломке, то высокие значения грозят выходом из строя конденсаторов. Поэтому чем шире диапазон, тем лучше. Определяется интервал по фазности. Трехфазные ЧП выдерживают большой диапазон и подходят для трехфазных двигателей.
4. Необходимая частота вращения электромотора. Нижнее значение на марке частотного преобразователя соответствует скорости изменения привода. Для больших значений выбирают векторные частотники.
5. Количество входов и выходов на устройстве. Чем их больше, тем сложнее настроить частотный преобразователь.
6. Вид проводника в управлении частотником. Он должен быть идентичным тому, что используется в электродвигателе оборудования.
7. Какие перегрузки частотный преобразователь выдерживает. В идеале выбирают ЧП с мощностью на 15% выше, чем в электромоторе. Уточнить значение можно в документации к оборудованию.
8. Вид управления. Автоматические частотники удобнее в эксплуатации, но стоят дороже. Выбор зависит от финансовых возможностей.

Дополнительно учитывается марка (бренд). Можно купить частотник китайского производства по небольшой стоимости и хорошего качества, но вероятность, что попадется именно такое устройство, мала. Чаще такие частотники быстро выходят из строя или их характеристики не соответствуют заявленным в инструкции.

При приобретении брендового частотного преобразователя риск того, что устройство быстро сломается, мал. Производитель дает на модель гарантийный ремонт и бесплатное техобслуживание, но и стоят такие частотники в три раза дороже китайских. Выбор остается за покупателем: приобретать дорогое, но надежное устройство или дешевое, но вряд ли качественное.

Ищете, где купить частотный преобразователь? Компания «ТехЭксперт» предлагает широкий ассортимент ЧП от брендовых производителей: instart, Danfoss, OptiPlay, ABB, Schneider. В каталоге представлены компактные и промышленные модели разных видов. Для того, чтобы купить изделие, достаточно положить его в корзину. Доставка заказа до города оплачивается отдельно, цена зависит от выбранной транспортной компании.