Частотные преобразователи

Частотный преобразователь — это прибор, позволяющий вести управление скоростью вращения ротора электродвигателя за счет увеличения и уменьшения частоты подаваемого переменного тока. Происходит это в автоматическом режиме при непрерывной работе оборудования. Использование таких преобразователей в промышленности позволяет достичь существенной экономии электроэнергии.

Основы работы частотных преобразователей

С помощью частотного преобразователя осуществляется регулировка скорости вращения асинхронного двигателя. В основу положен физический принцип зависимости изменения магнитного поля от продаваемой частоты электрического тока.

В системе управляющим элементом является преобразователь частоты, который представляет собой электронный узел, изменяющий величину амплитуды напряжения. Это влечет за собой увеличение или понижение скорости вращения электродвигателя. При этом процесс управления может осуществляться двумя способами:

1. Скалярным. В основу такого управления положен закон о линейной зависимости между частотой и амплитудой. В результате изменяющая частота тока приводит к снижению или увеличению амплитуды напряжения, что сказывается на крутящем моменте двигателя. Частотный преобразователь позволяет изменять нагрузку на вал в соответствии с заложенными условиями.
2. Векторным. Здесь момент вращения в полной мере зависит от создаваемого статором магнитного поля. Фаза статорного тока представляет собой вектор, при помощи которого регулируется управление валом двигателя.

Для выполнения своих функций преобразователь частоты настраивается в соответствии с требуемыми условиями.

Технические характеристики частотных преобразователей

От правильности выбора преобразователя частоты зависит работа электродвигателя. Сюда включается поддержание требуемого момента вращения на валу, время разгона и торможения, а также стационарное функционирование силового агрегата.

Каждый частотный преобразователь характеризуется следующими параметрами:

1. Мощностью. Это величина согласуется с мощностью двигателя, поскольку данные параметры обоих приборов должны совпадать. При этом важно знать перегрузочные способности преобразователя и временные его способности работать в таком режиме.
2. Питающим напряжением. Выпускаемое оборудование может работать от однофазной сети, трехфазного напряжения и высоковольтного привода.
3. Диапазоном регулировки. Здесь все зависит от величины падения скорость вращения двигателя. Если она незначительная, то может быть установлен практически любой преобразователь. В случае больших перепадов скоростей необходимо подбирать прибор, соответствующий нужным характеристикам. 
4. Режим торможения. Данные характеристики включают в себя промежуток времени, в течение которого происходит уменьшение скорости вращения вала или полная его остановка.

Работа механизма может проводиться в автоматическом режиме или с помощью кнопок и переключателей.

Разновидности частотных преобразователей и их особенности

Выпускаемые промышленностью частотные преобразователи бывают следующих типов:

1. Однофазные. Данный прибор работает от напряжения 220 вольт, которое присутствует в бытовой сети. Для этого к нему подводятся фаза и ноль. В этом заключается основная особенность такого типа приборов. Для избегания потерь мощности двигатель должен подключаться к системе треугольник. Однофазные преобразователи имеют небольшие мощности и поэтому отличаются относительно невысокой ценой.
2. Трехфазные. В этом случае к прибору подключаются 3 фазы, две из которых имеют напряжение 380 вольт. Такие частотные преобразователи были специально разработаны для трехфазных двигателей, которые получили очень широкое распространение и используется в основном на крупных промышленных производствах. Двигатели во время соединения обмоток подключаются по принципу треугольник или звезда.
3. Высоковольтные. Это приборы, используемые в узком профиле, поскольку их работа ведется с высоким напряжением, составляющим выше 1000 вольт. Высоковольтные преобразователи находят применение в обслуживании мощных насосов и промышленных станков. Выпускаются они несколькими классами и отличаются между собой по габаритам и техническим параметрам.

Каждый тип преобразователя имеет свои конструктивные особенности и предназначен для определенного вида двигателей.

Программирование частотных преобразователей

После встраивания частотного преобразователя в схему работы электродвигателя происходит его программирование, которое представляет собой адаптацию прибора к техническим характеристикам силового агрегата. Такая процедура отличается сложностью, поэтому занимаются ей исключительно специалисты, имеющие высокую квалификацию и соответствующее профильное образование.

Иногда такие приборы поступают уже встроенными в систему, и задача программиста сводится только к технической настройке, представляющей собой ввод технических параметров в установленную программу.

Потребность в программировании

Потребность в программировании частотного преобразователя возникает при следующих обстоятельствах:

1. В том случае, когда происходит ввод в эксплуатацию нового электропривода, укомплектованного частотным прибором.
2. Если была совершена замена электрического двигателя, а также произведен его капитальный ремонт. В последнем случае у силового агрегата могут измениться параметры, что потребует внесения корректировок в программу.
3. При вводе в действие новых устройств или изменении технологических параметров рабочего цикла.

Процесс ввода данных при программировании осуществляется следующим образом:

1. С помощью панели управления, которая расположена непосредственно на преобразователе.
2. На съемном блоке управления, прилагаемом к частотному преобразователю.
3. Путем ввода данных с удаленного компьютера. Предварительно он подключается по специальной связи к частотному регулятору.

Процесс программирования осуществляется заданием следующих параметров:

1. Режима работы электродвигателя. Сюда включается его среднее количество включений, отключений и промежуточных изменений скорости.
2. Время на разгон и последующее торможение.
3. Максимальной частоты работы силового агрегата.
4. Режима пуска двигателя после появления напряжения в сети.
5. Сброса ошибок в результате остановки электродвигателя.

Вводимые характеристики зависят от вида используемого частотного преобразователя и типа промышленного оборудования. При этом в процессе работы программные данные могут корректироваться.

Этапы программирования

Чтобы начать программирование, следует проверить соответствие подключения всего оборудования, существующей схеме. Затем на частотный преобразователь подаются определенные команды. Это делается для восстановления заводских настроек и перезагрузки оборудования. После входа в меню начинают вводиться параметры. Осуществляется это с помощью восьми подразделов:

1. Set. Вводятся такие данные как время разгона и последующего торможение машины, а также диапазон рабочих частот.
2. drC. Вводятся параметры электродвигателя на основании существующих паспортных данных.
3. I-O. Задаются параметры на входе и выходе частотного преобразователя.
4. CtL. Ведется конфигурирование управляющих каналов, а также задание уровня доступа.
5. FUn. Задаются программные параметры управления по событиям, которые включают в себя позиционирование положения вала, управление тормозом, регулирование скоростей и некоторые других характеристики.
6. FLt. Задаются действия частотного преобразователя в режиме автоматического управления при возникновении неисправностей. 
7. СОМ. Ведется выбор способа обмена данных между оборудованием и отдаленным устройством управления.
8. SUP. Идет индексация внутренних настроек.

После того как все эти действия будут выполнены, двигатель запускается. В том случае, когда работа оборудования начинается в неверном режиме, настройки частотного преобразователя корректируются.

Примеры успешного применения частотных преобразователей

Частотные преобразователи используются во множестве систем для регулирования скоростей. Они нашли применение в различных объектах:

1. Насосах. Такие агрегаты устанавливаются на водопроводных станциях. С их помощью осуществляется стабилизация давления воды на выходе у насосных установок. Причем это обеспечивается для холодной и горячей жидкости. Выполнение такого условия возможно методом дросселирования путем перекрытия задвижек, что является недостаточно удачным вариантом. Использование частотного преобразователя позволяет контролировать работу насоса, корректируя его производительность. Этим достигается существенная экономия электроэнергии от 30 до 60%. Кроме того, исключается риск гидроударов в системе, что увеличивает срок службы установленной запорной арматуры и трубопроводов. Небольшие пусковые токи снижают нагрузку на силовые агрегаты и этим повышают длительность эксплуатации электродвигателей.
2. Вентиляции. В процессе кондиционирования и вентиляции воздуха часто возникает потребность снижения функционирования агрегата. Изменение вращения вала вентилятора достигается установкой частотного преобразователя. Данный метод полностью повторяет принцип изменения скорости вращения центробежного насоса.
3. Канализации. При работе канализационной станции обычно обеспечивается стабильный режим функционирования. Однако в некоторых случаях перекачивание стоков требует периодических включений. Именно здесь вступают в работу частотные преобразователи. Их использование стабилизирует работу оборудования, уменьшает потери электроэнергии и обеспечивает оптимальный режим работы системы без гидроударов.
4. Котельных. В цехах, где установлено котельное оборудование, тягодутьевые машины потребляют большое количество электроэнергии. В этих условиях регулирование режима их работы выходит на первый план. В результате происходит согласование режимных параметров таких механизмов в случае изменения нагрузки котлов. Этим создаются оптимальные условия для полного сгорания топлива путем подачи в топку требуемого количества воздуха.

Кроме перечисленных сфер применения частотные преобразователи активно используется в компрессорных станциях, лифтовом хозяйстве, станочном оборудовании, крановых установках, различного типа центрифугах. С течением времени их область применения все больше расширяется.

Перспективы развития частотных преобразователей

В промышленных цехах использование регулируемого электропривода переменного тока повышает производительность производства, снижает затраты на выпуск продукции и улучшает ее качество. Обеспечивается это упрощением технологической системы за счет отказа от использования регулирующей арматуры, включающей в себя дроссели, шиберы и клапана. У оборудования увеличивается ресурс за счет плавного пуска, что существенно снижает нагрузки на двигатель.

Преимущества модернизации проявляются в металлургической промышленности, где в большом масштабе ведется использование широкорегулируемых электроприводов с большим количеством включений за единицу времени.

Двигатели переменного тока широко используются в центробежных механизмах. Сюда относятся компрессоры, дымососы. Внедрение в них электропривода с частотным преобразователем дает возможность существенно сэкономить электроэнергию за счет автоматического регулирования вместо ручного использования различных механических устройств.

Частотное регулирование создает возможность управления скоростью вращения электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это позволяет существенно расширить функции силовых агрегатов, обеспечив им работу в экономичном режиме, что дает возможность избежать множества переходных процессов во время перестройки оборудования на другой ритм работы.