Частотные преобразователи. Армидис.

Назначение частотного преобразователя.

Применение частотно регулируемого привода на производстве помогает решать целый комплекс задач. В основном это энергосбережение, повышение технологического ресурса оборудования и эффективное решение задач  сложных технологических процессов.

Частотно-регулируемый электропривод состоит из двух основных компонентов, это асинхронный электродвигатель и частотный преобразователь (ПЧ). Частотный преобразователь управляет скоростью вращения двигателя через изменение частоты тока, вращения двигателя. Для того чтобы понять как это работает, необходимо разобраться в принципе действия частотного преобразователя и в том, почему скорость вращения двигателя зависит от частоты питающего напряжения.

Каждый двигатель рассчитан на определённую скорость вращения, которая зависит от количества пар полюсов обмотки статора. Каждая пара полюсов за счёт намагничивания ротора создаёт импульсный крутящий момент, и толкает намагниченную область ротора к следующей паре полюсов. Таким образом, чем больше пар полюсов, тем больше момент (сила) вращения ротора, но меньше скорость, так как расстояние между парами полюсов меньше. Скорость вращения асинхронного двигателя постоянна при постоянной частоте питающего тока.

Единственный способ управлять скоростью вращения асинхронного двигателя, это управлять частотой питающего тока. Как раз эту задачу и решает частотный преобразователь. При чём, потребляемая двигателем энергия прямо пропорциональна частоте питающего тока.

Виды частотных преобразователей.

По числу фаз частотные преобразователи бывают однофазные и трёхфазные. При чём, трёхфазный преобразователь частоты можно рассматривать как три однофазных преобразователя, синхронизированных по частоте с углом сдвига 120 градусов (1/3 оборота).

По принципу преобразования ПЧ делятся на устройства с прямым преобразованием (прямого действия) и устройства  с двойным преобразованием.

Частотные преобразователи прямого действия используют входную частоту питающей сети и с помощью тиристорных ключей «нарезают» из неё заданную частоту питания двигателя. Такие преобразователи уже устарели, они крайне  неэффективны и в настоящее время практически не используются.

Преобразователи частоты с двойным преобразованием в настоящее время имеют самое широкое распространение. Принцип действия этих ПЧ, основан на последовательном преобразовании входного переменного напряжения в постоянное, а затем, из постоянного напряжения генерации заданного по частоте переменного.

Устройство таких ПЧ, условно можно разделить на две части. Первая часть это выпрямитель, а вторая часть это инвертор (генератор). Выпрямитель построен на базе мостовой схемы выпрямления тока и сглаживающих конденсаторах и дросселях. Инвертор построен на базе пары мощных полевых транзисторов на каждую фазу и устройства управления этими транзисторами, как правило, микропроцессорного.

Виды управления.

В настоящее время преобразователи частоты имеют два распространённых метода управления выходным сигналом. Это скалярное управление и векторное управление.

Скалярное управление характеризуется простотой и малой стоимостью реализации. Объектом регулирования при скалярном методе управления выступают выходное напряжение и частота. При этом, отсутствует обратная связь и ПЧ не «знает» как двигатель реагирует на подающееся напряжение. Такие преобразователи применяются для управления  двигателями с низким пусковым моментом и небольшим диапазоном регулирования (Насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д.).

При векторном управлении добавляется обратная связь по току в каждой фазе преобразователя. Объектом регулирования при векторном методе управления выступают выходное смещение (вектор) тока относительно напряжения  и частота. Такой ПЧ может поддерживать высокий момент на низких оборотах и более точно регулировать частоту вращения ротора двигателя.

Коммуникационные возможности.

Все современные ПЧ с микропроцессорным блоком управления имеют возможность дистанционного управления через дискретные и аналоговые входные каналы или по цифровому интерфейсу.

При дистанционном управлении, через аналоговый входной канал, можно задавать скорость вращения двигателя, а с помощью дискретного входа менять направление его вращения.

При применении цифрового интерфейса (как правило RS-485) команды контроллеру преобразователя поступают в виде бинарных значений регистров передающихся от внешнего устройства и определённых применяемым протоколом передачи данных (обычно ModBus или ProfiBus).

Электромагнитная совместимость.

Из-за специфики внутреннего устройства преобразователя частоты, он может быть источником мощных электромагнитных помех. По этой причине ПЧ устанавливают отдельно от другого электронного оборудования. Для защиты от наводок и высокочастотных гармоник, распространяющихся по силовым линиям, применяют LC-фильтры, построенные на базе дросселей и конденсаторов.