ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЗВЕЗДА – ТРЕУГОЛЬНИК

Январь, 29

Электроприводы нельзя назвать простыми в плане регулировки скорости вращения, но при этом силовая установка является самым дорогостоящим компонентом цепи, и нуждается в защите. Решить задачу с эффективным и безопасным включением режимов, позволяет наличие частотного преобразователя. В данный момент схема частотного преобразователя, точнее сказать, связка из установки и частотника позволяет поставить на поток применение асинхронных двигателей.

Силовые установки асинхронного типа используются повсеместно в виду простого устройства, компактности, надежности. Долгое время все упиралось в отсутствие возможности наладить действенную систему регулировки скорости вращения мотора. Теоретическая база для разработки частотников была заложена еще в 30-е годы прошлого столетия, однако отсутствие транзисторов и микропроцессоров сильно тормозило процесс. Первые версии ПЧ появились в США и Японии, чуть позже в Европе.

Что же такое частотный преобразователь. Согласно академическому определению, частотный преобразователь это устройство для изменения частоты напряжения тока. Асинхронные преобразователи предназначены для трансформации сетевого трехфазного или однофазного напряжения частотой 50 или 60 Гц в аналогичный ток, но с возможностью регулировки частоты с интервалом от 1-800 Гц. Чуть менее распространены частотники индукционного типа, конструктивно представляющие асинхронный агрегат и фазный ротор, функционирующие по принципу преобразователя-генератора.

Принцип работы ПЧ

Если выражаться техническим языком, то преобразователь частоты работает по принципу двойной трансформации формы сигнала сети. Напряжение поступает на выпрямительные диоды, призванные убирать гармоники синусоиды, при сохранении пульсации сигнала. Далее устраняются и они при помощи батарей конденсаторов. Так обеспечивается стабильная и сглаженная форма напряжения. Но это еще не все.

После прохождения выпрямительного блока, сигнал отправляется на вход мостовой трехфазной схемы, состоящей из шести транзисторов, защищенных диодами от пробоя напряжением с обратной полярностью. Практически на каждый частотный преобразователь принцип работы, которых мы сейчас рассматриваем, устанавливается дополнительный сверхмощный транзистор с резистором, рассеивающим энергию. Так достигается режим торможения в схеме электродвигателя за счет упразднения напряжения силовой установки.

Векторное управление ПЧ, позволяет внедрять схемы с автоматической регулировкой сигнала. Для этого используются две управленческие схемы:

амплитудная;
широтно-импульсная (ШИМ).

Амплитудный принцип построен на изменении входного напряжения, в то время как ШИМ работает посредством переключения силовых транзисторов с сохранением входящего напряжения.

Стоит отметить, что принцип действия частотного преобразователя при ШИМ регулировании «завязан» на создании интервала модуляции сигнала. Статорная обмотка подключается то к отрицательным, то к положительным выводам. Поскольку частота генератора высокая, она нуждается в сглаживании до показателей нормальной синусоиды. Этот процесс происходит за счет индуктивного сопротивления обмотки двигателя.

Управление ШИМ исключает потери энергии, при сохранении высокого КПД за счет одновременного управления амплитудой и частотой. Это стало возможным благодаря изобретению запираемых силовых тиристоров, снабженных изолированным затвором.

Чтобы нивелировать влияние внешних помех на работу схемы, в неё нередко подключается помехозащитный фильтр, позволяющий ликвидировать разряды работающего оборудования и радиопомехи. Помимо этого, устройство частотного преобразователя позволяет подключать ряд дополнительных узлов для повышения точности работы двигателей асинхронного типа:

контроллеры;
карту памяти;
устройства ввода;
ЛЕД-дисплей, отображающий параметры;
Тормозной прерыватель;
систему охлаждения.

Отдельного внимания заслуживает функция прогрева двигателя, реализованная за счет подвода линии постоянного тока.

Как работает частотный преобразователь?

Частотник состоит из схемы, в которую входит транзистор или тиристор, работающие по принципу электронных ключей. Основу схемы составляет микропроцессор, к задачам которого относится управление ключами, защита, контроль и диагностика.

По принципу работы привода и структуре, выделяют 2 класса установок: с прямой связью и промежуточным блоком постоянного тока.

Большое значение в регулируемых модулях преобразователей отведено промежуточному блоку постоянного тока. В устройствах такого класса применяется двойное преобразование электричества: синусоидальное напряжение выпрямляется, фильтруется и сглаживается, а потом вновь преобразуется в переменное напряжение с изменяемой частотой и амплитудными характеристиками. Из-за двойной схемы преобразования уменьшается коэффициент полезного действия.

Теперь, когда мы знаем, как работает частотный преобразователь можно переходить к обзору популярных схем подключения.

Схемы подключения частотников

Преобразователи обеспечивают управление частотой двигателей в условиях трехфазных и однофазных сетей. Трехфазные решения работают в сетях 380 вольт, однофазные в сетях 220 вольт.

Существует две схемы подключения частотников: звезда и треугольник. При подключении по первой схеме обмотки собираются в «звезду», запитанную от 380 вольт. Во втором варианте обмотки собираются в треугольник, питающийся от 220 вольт. Идеальная схема частотника – та, в которой показатели мощности во всех режимах сбалансированы, плюс, сохраняется возможность инверторного включения.

При запуске асинхронной установки, мощностью более 5 кВт, для ограничения пускового тока, может использоваться переключение схем «звезда-треугольник». При старте срабатывает «звезда», и как только двигатель достигает заданной частоты, происходит переключение на схему «треугольник». При переключении схем, стартовый ток в три раза меньше, чем при прямом включении. Такой метод подходит для механизмов с повышенной маховой массой.