Преобразователи частоты

Электронное устройство, регулирующее скорость вращения электрического привода путем изменения частоты подаваемого переменного тока и напряжения, называется частотным преобразователем, частотником или преобразователем частоты. Аппараты различаются по конструкции, способу коммутации, применяемому для управления синхронным или асинхронным электродвигателем, по мощности (нагрузочной способности) и другим параметрам.

Принцип работы

Частотный преобразователь работает по типу двойного преобразователя. Сначала напряжение сети выпрямляется в трех- или однофазном выпрямителе диодами и/или тиристорами, фильтруется конденсаторами (LC - фильтром), а потом электроника образует ток заданной частоты и амплитуды.

Управление бывает векторным или скалярным. Первое обеспечивает точную регулировку, а второе поддерживает запрограммированное соотношение частоты и напряжения на выходе и используется для простейших приборов наподобие вентилятора. Чем выше показатель мощности, тем универсальнее будет само устройство.

Понижение напряжения в сети не так опасно для прибора, как повышение, которое может вызвать повреждение или даже взрыв сетевых конденсаторов. Частота должна быть отрегулирована в соответствии с параметрами оборудования. В быту чаще всего используются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100 Гц. Управление частотником осуществляется через различные входы и выходы, чем их больше, тем лучше, хотя с увеличением количества разъёмов повышается сложность и стоимость устройства.

С середины прошлого века преобразователи претерпели множество изменений благодаря развитию микропроцессоров, современных технологий по созданию полупроводников, но основные принципы работы и схем инверторов остаются теми же самыми.

Основные элементы

• Выпрямительный мост. Это сборка полупроводников, которые меняют переменный ток материнской сети на постоянный. В зависимости от мощности прибора выпрямитель бывает управляемым, неуправляемым или полууправляемым. Главные элементы первого вида - тиристоры, второго - диоды, а третьего - и те, и другие.

• Дроссель переменного тока, называемый входным реактором. Он фильтрует частотные помехи, поступающие со стороны сети или сгенерированные самим двигателем. Обычно для подавления высокочастотных помех используется LC - фильтр (индуктивно - емкостной) или RFI - фильтр (является стандартным или приобр отдельно в зависимости от производителя).
• Звено постоянного тока включает в себя неуправляемый выпрямитель и несколько конденсаторов, вместе с дросселем исполняющих роль LC - фильтра. Частотник с промежуточным звеном даёт возможность регулировать частоту как выше, так ниже исходной; он отличается высокой производительностью, хорошим быстродействием, небольшими размерами, довольно высокой надежностью и не создаёт шума при работе.
• Инвертор генерирует частоту напряжения двигателя.
• Блок обработки. Это электронная схема, содержащая программы, которые контролируют работу микропроцессора, корректирующего частоту вращения электрического двигателя. Датчики получают сигналы от выпрямителя, промежуточной цепи, инвертора или пульта и передают их в блок управления для обработки. Части устройства, которые находятся под контролем, зависят от конструкции каждого конкретного преобразователя частоты.
• Панель управления. С помощью расположенной на ней клавиатуры происходит обмен информацией и командами между пользователем и блоком управления частотника.

Типы преобразователей по принципу управления: скалярные и векторные.

• Первый тип управления - скалярный - создается на изменении амплитуды и частоты поступающего напряжения по закону U/f. Это самый распространённый и лёгкий метод, использующийся в приводах вентиляторов и насосов, то есть , где необходимо поддерживать какой-то один технологический параметр. Но он не позволяет точно регулировать скорость вращения вала.
• Второй способ - векторный - позволяет управлять магнитным потоком как статора, так и ротора, и числом оборотов на валу двигателя. Метод применяется там, где нагрузка изменяется в процессе эксплуатации на одной и той же частоте.

Применение

Частотные преобразователи, сводящие к минимуму потребление энергии и простои оборудования, используют в тех процессах, при которых техника работает в условиях меняющихся нагрузок, чередования пусков, остановок электродвигателей: в аэрокосмической, химической, нефтегазовой промышленности, машиностроении (в основном на конвейерах и обрабатывающих станках), электроэнергетическом комплексе, в жилищно - коммунальном хозяйстве - в общем, практически везде, где используются электродвигатели бытового, промышленного или военного назначения.