Частотне регулювання від А до Я

У сьогоднішньому огляді ми відповімо на питання, що таке частотне регулювання, як виник цей технічний феномен і для чого застосовується. Цим терміном описують частотно-регульований привід, найчастіше саме електричний привод, що складається з асинхронного або синхронного двигуна та перетворювача частоти (ПЧ). Перетворювач являє собою пристрій, виконаний на основі випрямляча струму, трансформівного змінне значення в постійне. Також до складу ПЧ входить інвертор, частіше у вигляді широтно-імпульсного модулятора, який задає необхідну частоту струму і формує його амплітуду.

Щоб зрозуміти, що таке частотне регулювання і наскільки ця функція важлива, перемістимося у виробничу сферу. Управління електродвигунами на основі маніпуляцій з частотою струму істотно розширило продуктивність та енергетичну ефективність силових систем. Сьогодні частотники в зв'язці з двигунами застосовуються повсюдно: в компресорах, насосах, вентиляторах, виробничих лініях.

Але так було не завжди. Спочатку ПЧ забезпечував підвищення ефективності асинхронних машин шляхом плавної зміни крутного моменту і обертання приводу. Однак ще 30 років тому частотне регулювання було лише теорією, втілити яку на практиці не дозволяла технологічна обмеженість індустрії. Яке ж подія дозволила створити перший асинхронний двигун з частотним регулюванням, тим самим ознаменувавши перехід у нову епоху?

Поворотним моментом стала поява IGBT-транзисторів і продуктивних мікропроцесорів. Ці вузли допомогли вдягнути теоретичні знання в матеріальну форму. Так на світовому ринку з'явилися перші частотники з США, Японії і Європи. Звичайно, вартість приладів була досить високою, а тому подібну покупки могли дозволити не всі. В даний час технологія виробництва ПЧ досягла оптимального балансу між якістю та оптимізацією витрат. Цінник знизився разом з розмірами пристроїв. Разом з тим зросла надійність і ремонтопридатність.

Вибір моделей щодо сфери застосування частотников

Перед тим, як торкнутися практичного аспекту ПЧ, для початку згадаємо про їх переваги, розберемо, які плюси пропонує частотне регулювання двигуна, заради чого взагалі варто додавати цей компонент в систему.

Застосування перетворювача частоти дозволяє:

• домогтися високої точності регулювання;
• розширити режимний діапазон силової установки;
• досягти максимального пускового моменту;
• економити електроенергію при змінних навантаженнях;
• проводити віддалену діагностику приводів в промислових колах;
• робити плавний пуск двигуна, тим самим зменшуючи знос;
• підхоплювати обертовий статор;
• автоматично перезапускати систему після зупинки;
• стабілізувати швидкість обертання, змінюючи навантаження;
• виступати в якості автоматичного вимикача.

Втім, частотне регулювання асинхронних двигунів має і певні недоліки. Багато частотники створюють електромагнітні перешкоди. Спочатку все ще високий цінник такого обладнання, розтягує час окупності на 12-14 місяця. До всього іншого, конденсатори основного ланцюга з роками висихають, втрачаючи початкову ємність.

З перевагами і недоліками розібралися. Перейдемо до критеріїв вибору відповідного агрегату. По суті, їх всього два: сфера передбачуваного використання і типорозмір. Як вже згадувалося в перевагах, частотне регулювання електроприводу дозволяє досягти плавності обертання ротора, знизити споживання струму на старті. Так звані загальнопромислові моделі мають уніфікованим набором функцій, в той час як для вирішення специфічних задач систему піддають ряду спеціалізованих модифікацій. Наприклад, в енергетиці та ЖКГ модифіковані установки відповідають за контроль насосного обладнання, яке застосовується на об'єктах водопостачання, котелень і теплових пунктах. Вентиляційні установки також функціонують під управлінням унікальних алгоритмів. Є свої режими для компресорів, які переміщують холодоагент, протипожежних систем, ліфтового обладнання.

При виборі по типорозміру важливо пам'ятати наступне: номінальний струм частотника повинен перевищувати це значення двигуна. Співвідношення номінального значення до максимального знаходиться в межах від 110 до 250%.

Зверніть увагу, частотно-імпульсне регулювання враховує не тільки напруга мережі, але і додатковий функціонал. Так, щоб інтегрувати ПЧ систему управління автоматикою будівлі і диспетчерського пункту, застосовуються спеціальні мережеві інтерфейси.

Такі характеристики, як рівень захищеності корпусу, слід оцінювати через призму експлуатаційних умов: вологість, температуру і сейсмічну активність. Великий вплив на вибір впливає і метод монтажу: в шафі, на підлозі або стіні.

Функції перетворювачів напруги

Якщо говорити про функції перетворювачів, то їх набір залежить від зв'язки з конкретним обладнанням. Щоб було наочніше, розглянемо ці функції у складі насосного обладнання.

1. Сплячий режим. Автоматичне відключення насоса при малому заборі води і, відповідно, включення при нормалізації потоку.
2. Контроль витоку. Спрацьовує при різкому падінні тиску. Як тільки тиск в мережі падає до певного значення, ПЧ відключає подачу енергії на помпу.
3. Контроль каскадної групи. Рішення для налагодження роботи в зв'язці з іншими установками. Дозволяє підключати інші насоси по мірі необхідності. Частотники синхронізує роботу декількох агрегатів, виводячи їх на одну швидкість.
4. Регулювання за сигналом зворотного зв'язку. Для управління даною функцією необхідний оператор, який, завдяки ПІД-контролера може керувати будь-якими типами помп: від плунжерних до поршневих.

В даний час насосні станції з частотним регулюванням – це норма для сучасного підприємства, яке прагне забезпечити повний контроль над витрачанням ресурсів. Застосування електроніки допомагає досягти диспетчеризації найвищого рівня. Хмарні сервіси пропонують контроль і керування такими системами з будь-якої точки світу. Більш того, сучасний хмарний функціонал дає можливість збирати дані для аналізу в режимі онлайн з метою подальшої оптимізації роботи обладнання.