Частотное регулирование от А до Я

В сегодняшнем обзоре мы ответим на вопрос, что такое частотное регулирование, как возник этот технический феномен и для чего применяется. Данным термином описывают частотно-регулируемый привод, чаще всего именно электрический привод, состоящий из асинхронного или синхронного мотора и преобразователя частоты (ПЧ). Преобразователь представляет собой устройство, выполненное на основе выпрямителя тока, трансформирующего переменное значение в постоянное. Также в состав ПЧ входит инвертор, чаще в виде широтно-импульсного модулятора, который задает необходимую частоту току и формирует его амплитуду.

Чтобы понять, что такое частотное регулирование и насколько эта функция важна, переместимся в производственную сферу. Управление электромоторами на основе манипуляций с частотой тока существенно расширило производительность и энергетическую эффективность силовых систем. Сегодня частотники в связке с двигателями применяются повсеместно: в компрессорах, насосах, вентиляторах, производственных линиях.

Но, так было не всегда. Первоначально ПЧ обеспечивал повышение эффективности асинхронных машин путем плавного изменения крутящего момента и вращения привода. Однако еще 30 лет назад частотное регулирование являлось только теорией, воплотить которую на практике не позволяла технологическая ограниченность индустрии. Какое же событие позволило создать первый асинхронный двигатель с частотным регулированием, тем самым ознаменовав переход в новую эпоху?

Поворотным моментом стало появление IGBT-транзисторов и производительных микропроцессоров. Эти узлы помогли облачить теоретические знания в материальную форму. Так на мировом рынке появились первые частотники из США, Японии и Европы. Конечно, стоимость приборов была весьма высокой, а потому подобную покупки могли позволить не все. В настоящее время технология производства ПЧ достигла оптимального баланса между качеством и оптимизацией затрат. Ценник снизился вместе с размерами устройств. Вместе с тем возросла надежность и ремонтопригодность.

Выбор моделей относительно сферы применения частотников

Перед тем, как коснуться практического аспекта ПЧ, для начала вспомним об их преимуществах, разберем, какие плюсы предлагает частотное регулирование двигателя, ради чего вообще стоит добавлять этот компонент в систему.

Применение преобразователя частоты позволяет:

• добиться высокой точности регулировки;
• расширить режимный диапазон силовой установки;
• достичь максимального пускового момента;
• экономить электроэнергию при переменных нагрузках;
• проводить удаленную диагностику приводов в промышленных цепях;
• производить плавный пуск мотора, тем самым уменьшая износ;
• подхватывать вращающийся статор;
• автоматически перезапускать систему после остановки;
• стабилизировать скорость вращения, изменяя нагрузку;
• выступать в качестве автоматического выключателя.

Впрочем, частотное регулирование асинхронных двигателей имеет и определенные недостатки. Многие частотники создают электромагнитные помехи. Изначально все еще высокий ценник такого оборудования, растягивает время окупаемости на 12-14 месяца. Ко всему прочему, конденсаторы основной цепи с годами высыхают, теряя первоначальную емкость.

С преимуществами и недостатками разобрались. Перейдем к критериям выбора подходящего агрегата. По сути, их всего два: сфера предполагаемого использования и типоразмер. Как уже упоминалось в преимуществах, частотное регулирование электропривода позволяет достичь плавности вращения ротора, снизить потребление тока на старте. Так называемые общепромышленные модели обладают унифицированным набором функций, в то время как для решения специфических задач систему подвергают ряду специализированных модификаций. Например, в энергетике и ЖКХ модифицированные установки отвечают за контроль насосного оборудования, которое применяется на объектах водоснабжения, в котельных и тепловых пунктах. Вентиляционные установки также функционируют под управлением уникальных алгоритмов. Есть свои режимы для компрессоров, перемещающих хладагент, противопожарных систем, лифтового оборудования.

При выборе по типоразмеру важно помнить следующее: номинальный ток частотника должен превышать это же значение двигателя. Соотношение номинального значения к максимальному находится в пределах от 110 до 250%.

Обратите внимание, частотно-импульсное регулирование учитывает не только напряжение сети, но и дополнительный функционал. Так, чтобы интегрировать ПЧ в систему управления автоматикой здания и диспетчерского пункта, применяются специальные сетевые интерфейсы.

Такие характеристики, как уровень защищенности корпуса, следует оценивать через призму эксплуатационных условий: влажность, температуру, сейсмическую активность. Большое влияние на выбор оказывает и метод монтажа: в шкафу, на полу или стене.

Функции преобразователей напряжения

Если говорить про функции преобразователей, то их набор зависит от связки с конкретным оборудованием. Чтобы было нагляднее, рассмотрим эти функции в составе насосного оборудования.

1. Спящий режим. Автоматическое отключение насоса при малом заборе воды и, соответственно, включение при нормализации потока.
2. Контроль утечки. Срабатывает при резком падении давления. Как только давление в сети падает до определенного значения, ПЧ отключает подачу энергии на помпу.
3. Контроль каскадной группы. Решение для налаживания работы в связке с другими установками. Позволяет подключать другие насосы по мере необходимости. Частотник  синхронизирует работу нескольких агрегатов, выводя их на одну скорость.
4. Регулировка по сигналу обратной связи. Для управления данной функцией необходим оператор, который, благодаря ПИД-контроллеру может управлять любыми типами помп: от плунжерных до поршневых.

В настоящее время насосные станции с частотным регулированием – это норма для современного предприятия, которое стремится обеспечить полный контроль над расходованием ресурсов. Применение электроники помогает достичь диспетчеризации высочайшего уровня. Облачные сервисы предлагают контроль и управление такими системами из любой точки мира. Более того, продвинутый облачный функционал дает возможность собирать данные для анализа в режиме онлайн с целью дальнейшей оптимизации работы оборудования.