Принцип роботи частотного перетворювача. Схема підключення зірка – трикутник

Електроприводи не можна назвати простими у плані регулювання швидкості обертання, але при цьому силова установка є найбільш дорогим компонентом ланцюга, і потребує захисту. Вирішити завдання з ефективним і безпечним включенням режимів, дозволяє наявність частотного перетворювача. У даний момент схема частотного перетворювача, точніше сказати, зв'язка з установки і частотника дозволяє поставити на потік застосування асинхронних двигунів.

Силові установки асинхронного типу використовуються повсюдно у вигляді простого пристрою, компактності, надійності. Довгий час все впиралося у відсутність можливості налагодити дієву систему регулювання швидкості обертання двигуна. Теоретична база для розробки частотников була закладена ще в 30-ті роки минулого сторіччя, проте відсутність транзисторів і мікропроцесорів сильно гальмувало процес. Перші версії ПЧ з'явилися в США і Японії, трохи пізніше в Європі.

Що ж таке частотний перетворювач. Згідно академічного визначення, частотний перетворювач це пристрій для зміни частоти напруги струму. Асинхронні перетворювачі призначені для трансформації мережевого трифазного або однофазного напруги частотою 50 або 60 Гц в аналогічний струм, але з можливістю регулювання частоти з інтервалом від 1-800 Гц. Трохи менш поширені частотники індукційного типу, конструктивно представляють асинхронний агрегат і фазний ротор, що функціонують за принципом перетворювача-генератора.

Принцип роботи ПЧ

Якщо виражатися технічною мовою, то перетворювач частоти працює за принципом подвійної трансформації форми сигналу мережі. Напруга надходить на випрямні діоди, покликані прибирати гармоніки синусоїди, при збереженні пульсації сигналу. Далі усуваються і вони за допомогою батарей конденсаторів. Так забезпечується стабільна і згладжена форма напруги. Але це ще не все.

Після проходження випрямного блоку, сигнал відправляється на вхід трифазної мостової схеми, що складається з шести транзисторів, захищених діодами від пробою напругою із зворотною полярністю. Практично на кожен частотний перетворювач принцип роботи, які ми зараз розглядаємо, встановлюється додатковий надпотужний транзистор з резистором, що розсіює енергію. Так досягається режим гальмування в схемі електродвигуна за рахунок скасування напруги силової установки.

Векторне управління ПЧ, дозволяє впроваджувати схеми з автоматичним регулюванням сигналу. Для цього використовуються дві управлінські схеми:

• амплітудна;

• широтно-імпульсна (ШІМ).

Амплітудний принцип побудований на зміну вхідної напруги, в той час як ШІМ працює за допомогою перемикання силових транзисторів із збереженням вхідного напруги.

Варто зазначити, що принцип дії частотного перетворювача при ШІМ регулювання «зав'язаний» на створення інтервалу модуляції сигналу. Статорна обмотка підключається до негативним, то до позитивних висновків. Оскільки частота генератора висока, вона потребує згладжуванні до показників нормальної синусоїди. Цей процес відбувається за рахунок індуктивного опору обмотки двигуна.

Управління ШІМ виключає втрати енергії, при збереженні високого ККД за рахунок одночасного керування амплітудою і частотою. Це стало можливим завдяки винаходу замикаються силових тиристорів, забезпечених ізольованим затвором.

Щоб нівелювати вплив зовнішніх перешкод на роботу схеми, у неї нерідко підключається помехозащитний фільтр, що дозволяє ліквідувати розряди працюючого устаткування і радіоперешкоди. Крім цього, пристрій частотного перетворювача дозволяє підключати ряд додаткових вузлів для підвищення точності роботи двигунів асинхронного типу:

• контролери;

• карту пам'яті;

• пристрої введення;

• ЛІД-дисплей, що відображає параметри;

• Гальмівний переривник;

• систему охолодження.

Окремої уваги заслуговує функція прогріву двигуна, реалізована за рахунок підведення лінії постійного струму.

Як працює частотний перетворювач?

Частотники складається з схеми, в яку входить транзистор або тиристор, що працюють за принципом електронних ключів. Основу схеми складає мікропроцесор, до завдань якого належить управління ключами, захист, контроль і діагностика.

За принципом роботи приводу і структурі, виділяють 2 класу установок: з прямим зв'язком і проміжним блоком постійного струму.

Велике значення в регульованих модулях перетворювачів відведено проміжного блоку постійного струму. У пристроях такого класу застосовується подвійне перетворення електрики: синусоїдальна напруга випрямляється, фільтрується і згладжується, а потім знову перетворюється в змінну напругу із змінною частотою і амплітудними характеристиками. Через подвійний схеми перетворення зменшується коефіцієнт корисної дії.

Тепер, коли ми знаємо, як працює частотний перетворювач можна переходити до огляду популярних схем підключення.

Схеми підключення частотников

Перетворювачі забезпечують керування частотою двигунів в умовах трифазних і однофазних мереж. Трифазні рішення працюють в мережах 380 вольт, однофазні в мережах 220 вольт.

Існує дві схеми підключення частотников: зірка і трикутник. При підключенні по першій схемі обмотки збираються в «зірку», запитанную від 380 вольт. У другому варіанті обмотки збираються в трикутник, який живиться від 220 вольт. Ідеальна схема частотника – та, у якій показники потужності у всіх режимах збалансовані, плюс, зберігається можливість інверторного включення.

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.