Основные понятия о преобразователях частоты и электроприводе.

Частотный преобразователь это устройство, предназначенное для изменения частоты и напряжения электрического тока, что позволяет регулировать скорость вращения электродвигателей и других машин и механизмов. Он является неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления и широко используется в различных отраслях, включая производство, обслуживание, теплоэнергетику и многое другое.

Принцип работы частотного преобразователя основывается на преобразовании переменного тока (AC) в постоянный (DC) с последующим инвертированием полученного постоянного тока назад в переменный с измененной частотой. Этот процесс осуществляется с помощью различных электронных компонентов, таких как диоды, транзисторы и микроконтроллеры. Входной переменный ток поступает на выпрямляющий модуль, где он преобразуется в постоянный. Далее, с помощью фильтра, сглаживается полученный сигнал, и инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный, устанавливая нужную частоту и амплитуду напряжения.

Кроме того, частотные преобразователи оснащены защитными функциями, которые повышают надежность и безопасность работы оборудования. Они могут защитить электродвигатель от перегрузки, короткого замыкания, перегрева и других нештатных ситуаций. Также, многие современные модели имеют системы диагностики и мониторинга, которые позволяют отслеживать работу устройства и устранять возможные неисправности на ранних стадиях.

Одним из основных преимуществ частотных преобразователей является возможность плавной регулировки скорости работы электродвигателя. Это особенно важно в таких областях, как насосные станции, вентиляторы, конвейерные системы и различных механических установках, где требуются точные настройки. Благодаря понижению и увеличению частоты вращения двигателя, мы можем достигнуть значительной экономии электроэнергии, так как система может работать на оптимальных режимах, что существенно влияет на эксплуатационные расходы.

Частотные преобразователи играют ключевую роль в управлении грузоподъемными механизмами, такими как краны, подъемники и конвейеры. Их применение в этих системах позволяет значительно улучшить не только производительность и безопасность, но и эффективность работы оборудования. Одним из основных аспектов их использования является возможность точного регулирования скорости и момента вращения, что критически важно для манипуляций с тяжеловесными и хрупкими грузами.

Важно отметить, что использование частотных преобразователей также способствует снижению механических износов оборудования, так как они позволяют избежать резких стартов и остановок, что существенно продлевает срок службы двигателей и узлов механики. В результате, такое решение становится не только экономически выгодным, но и экологически устойчивым, поскольку уменьшение потребления электроэнергии положительно сказывается на окружающей среде.

Широкий выбор протоколов управления дает возможность интегрировать частотные преобразователи в сложные автоматизированные системы, где важно не только управлять самим двигателем, но и получать данные для мониторинга состояния оборудования.

Протоколы управления частотными преобразователями являются ключевыми механизмами для интеграции этих устройств в более обширные автоматизированные системы. Они обеспечивают обмен данными между частотным преобразователем и контроллерами, такими как ПЛК (программируемые логические контроллеры), что позволяет операторам эффективно управлять системой.

Разные протоколы управления могут быть использованы в зависимости от конкретных задач и требований автоматизированной системы. Одним из самых распространенных протоколов является Modbus. Это открытый стандарт, который обеспечивает возможность связи между устройствами от разных производителей, что делает его особенно удобным для построения многоуровневых и распределенных систем.

Протоколы CANopen и Profibus также часто применяются в архитектуре управления промышленными системами.
CANopen, который изначально был разработан для автомобильной промышленности, теперь широко используется в автоматизации благодаря своей надежности и возможностям работы в реальном времени.
Протокол Profibus, в свою очередь, предлагает высокую скорость передачи данных и может интегрироваться с разнообразными сенсорами и устройствами.
Другим современным решением является использование протоколов Ethernet, таких как EtherCAT и Ethernet/IP. Эти протоколы предоставляют возможность высокоскоростной передачи данных и легкой интеграции с существующими сетевыми архитектурами. EtherCAT, например, обеспечивает работу в реальном времени, что делает его идеальным выбором для синхронизированных систем управления.

Дополнительное оборудование для преобразователей частоты играет важную роль в обеспечении эффективного, надежного и безопасного управления электродвигателями и другими электрическими устройствами. Рассмотрим виды дополнительного оборудования и их функции.

Фильтры ЭМИ (электромагнитных помех), они необходимы для снижения высокочастотных помех, которые могут возникать при работе преобразователей частоты, что позволяет обеспечить электромагнитную совместимость и защитить чувствительные электронные устройства, обеспечивая более стабильную и надежную работу оборудования.
Фильтры ЭМИ помогают защитить сами преобразователи от внешних электромагнитных воздействий, которые могут решать их нормальную работу. Они обеспечивают защиту от высокочастотных сигналов, которые могут инжектироваться в систему из внешних источников, таких как радиочастотные передатчики или другие электрические устройства.
Фильтры ЭМИ (ЭМС) обеспечивают соблюдение стандартов ЭМС. Во многих отраслях, таких как производство, медицина и автоматизация, существуют строгие нормативы, касающиеся уровня электромагнитных помех, которые не должны превышаться.

Дроссели (или реакторы) применяются для сглаживания токов и уменьшения гармоник, которые могут вызвать перегрузку и дополнительные потери в проводах и аппаратах. Дроссели помогают повысить стабильность работы электродвигателей и снижают уровень излучаемого электромагнитного шума на низких частотах.

Входные (сетевые) дроссели используются для снижения реактивной мощности в цепи, что помогает минимизировать уровни гармонических искажений, возникающих из-за работы преобразователя частоты. Они устанавливаются на входе частотного преобразователя и выполняют несколько ключевых функций.
Во-первых, они помогают смягчить пиковые токи при запуске, что устраняет резкие колебания, способные привести к повреждению как преобразователя, так и подключенного оборудования.
Во-вторых, входные дроссели уменьшают гармонические искажения, что улучшает качество питающего напряжения и снижает нагрузку на сеть, повышая ее надежность и эффективность.
Входной (сетевой) дроссель применяется для защиты преобразователя в том случае, когда перекос фаз или асимметрия напряжения равна 3% и выше, а в сети питания 500 кВА и более также имеются резкие скачки в сети питания. Кроме того они оптимизируют коэффициент мощности.

Выходные (моторные) дроссели служат для фильтрации высокочастотных составляющих, которые могут возникать в результате работы инвертора. Они уменьшают волновые процессы и защищают двигатели от возможных повреждений, связанных с высокими напряжениями и частотами. Это особенно важно для синхронных и асинхронных двигателей, которые могут быть чувствительными к колебаниям напряжения и тока.
Выходные дроссели также помогают снизить уровень электромагнитных помех, что может быть критично для обеспечения нормальной работы соседних устройств и систем. Электродвигатели, работающие под управлением инвертера, вибрируют больше электродвигателей, работающих от сети.
Выходной (моторный) дроссель, установленный между частотным преобразователем и электродвигателем, снижает пульсацию момента и препятствует сбоям в работе теплового реле из-за гармоник, возникающих при работе преобразователя, если длина кабеля между ним и двигателем превышает 20 м. Установка моторного дросселя необходима для защиты преобразователя при его работе с несколькими двигателями.
Дроссели защищают ПЧ от коротких замыканий обеспечивая гальваническую развязку.

Тормозные прерыватели и тормозные резисторы
Если Ваш технологический процесс требует быстрой остановки электропривода (краны, лебедки, лифты, транспортеры ... и другое высокоинерционное оборудование с мощными пусками и оборудование требующее точного позиционирования) - необходимо применять тормозные прерыватели (тормозные блоки, тормозные ключи) и тормозные резисторы к ним.
Отсутствие данных устройств может привести к неисправности преобразователя частоты, так как в случае принудительного торможения электродвигатель работает в режиме генератора, возникает энергия рекуперации в шине звена постоянного тока, которую необходимо рассеять, чтобы частотник не повредился. Для этого и используются тормозные резисторы.
Тормозные резисторы подбираются по сопротивлению под тормозной прерыватель и по мощности необходимой для рассеивания при выполнении конкретной задачи.
Тормозные прерыватели на некоторых моделях преобразователей частоты встроены по умолчанию, тормозные резисторы в основном только опциональны.

Система защиты от перегрузки.
Электропривод стоит оснастить устройствами защиты от перегрева, короткого замыкания и перегрузки.
Это может быть реализовано с помощью автоматических выключателей, контакторов или защитных реле, которые обнаруживают аномальные условия и отключают преобразователь, обеспечивая безопасность оборудования.

Системы управления и контроля могут значительно повысить функциональность и надежность работы преобразователей частоты.
Это может быть реализовано через использование программируемых логических контроллеров (ПЛК), которые отвечают за интерфейс между процессами и преобразователем, а также могут дополнительно обрабатывать данные для оптимизации работы системы.
Энкодеры, резольверы, датчики давления, температуры, влажности, вибрации и др. автоматика используется для сбора данных о работе оборудования и поддержания эффективности работы технологического процесса.

В компании ООО "ЭЛЭРИС" Вы можете выбрать все необходимое для решения Вашей задачи управления электроприводом воспользовавшись каталогом или просто позвонив или написав нам на почту.