Преобразователь частоты



Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Перейти к: навигация, поиск

Преобразователи Частоты (ПЧ) или частотно регулируемый электропривод, предназначены для плавной регулировки скорости и момента вращения вала электродвигателя путем изменения частоты переменного тока. По причине точной, цифровой регулировки ПЧ легко интегрируется в систему автоматизации работы электропривода, когда требуется точность установки и управления тем или иным параметром работы технологического оборудования. Модернизированный таким образом частотно регулируемый электропривод может являться частью уже более разветвленной системы АСУ ТП производства.

Теоретические аспекты эффективности внедрения систем с частотно-регулируемыми приводами.

Возможность управления частотой вращения короткозамкнутых асинхронных электродвигателей была доказана сразу же после их изобретения. Реализовать эту возможность удалось лишь с появлением силовых полупроводиниковых приборов - сначала тирристоров, а позднее транзисторов IGBT. В настоящее время во всём мире широко реализуется способ управления асинхронной машиной, которая сегодня рассматривается не только с точки зрения экономии энергии, но и с точки зрения совершенствования управления технологическим процессом.

В промышленности и быту применяют двигатели переменного и постоянного тока. Исторически сложилось, что для регулирования скорости вращения чаще использовали двигатель постоянного тока. Преобразователь в данном случае регулировал только напряжение, был прост и дешёв. Однако двигатели постоянного тока имеют сложную конструкцию, критичный в эксплуатации щёточный аппарат и сравнительно дороги.

Асинхронные двигатели широко распространены, надёжны, имеют относительно невысокую стоимость, хорошие эксплуатационные качества, но регуляторы скорости их вращения из-за сложности систем электронного регулирования частоты питающего напряжения стоили до начала 80-х годов дорого и не обладали качествами, необходимыми для широкого внедрения в индустрию. Быстрый рост рынка преобразователей частоты для асинхронных двигателей не в последнюю очередь стал возможен в связи с появлением новой элементной базы - силовых модулей на базе IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), рассчитанный на токи до нескольких килоампер, напряжением до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации 30 кГц и выше.

Существует два основных типа преобразователей частоты: с непосредственной связью и с промежуточным контуром постоянного тока. В первом случае выходное напряжение синусоидальной формы формируется из участков синусоид преобразуемого входного напряжения. При этом максимальное значение выходной частоты принципиально не может быть равным частоте питающей сети. Частота на выходе преобразователя этого типа обычно лежит в диапазоне от 0 до 25-33 Гц. Но наибольшее распространение получили преобразователи чаcтоты с промежуточным контуром постоянного тока, выполненные на базе инверторов напряжения. Структурная схема такого преобразователя приведена на Рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема преобразователя частоты с промежуточным контуром постоянного тока.

Содержание

Типы нагрузок

Требования к электроприводу определяются диапазоном требуемых скоростей и типом нагрузки. Зависимость между скоростью вращения и моментом сопротивления неодинаковы для нагрузок разного типа (Рис. 2). Многие нагрузки могут рассматриваться как имеющие постоянный момент во всём диапазоне изменения скорости. К ним относятся, например, конвейеры, компрессоры и поршневые насосы.

Некоторые виды нагрузки имеют переменную механическую характеристику, для которой момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения. Типичным примером устройств с такой нагрузкой являются центробежные насосы и вентиляторы, чья механическая характеристика описывается уравнением квадратичной параболы, а значит, потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости вращения. Из этого следует, что даже небольшое снижение скорости электропривода может дать значительный выигрыш в мощности - вот почему экономия электроэнергии является главным преимуществом использования управляемого электропривода для насосов и вентиляторов. Теоретически снижение скорости на 10% даёт тридцати процентную экономию мощности. Есть класс устройств (экструдеры, промышленные миксеры), у которых механическая характеристика близка к характеристике насосов и вентиляторов. Но особенность нагрузок такого типа состоит в наличии высокого пускового момента, который с увеличением скорости снижается, а затем, начиная с некоторого значения, характеристика становится квадратичной. Кроме того, существует и большое число нагрузок с совершенно уникальными механическими характеристиками. Поэтому в любом случае выбору электродвигателя и преобразователя частоты должен предшествовать этап анализа характера нагрузки и её механической характеристики.

Рис.2. Механические характеристики типичных нагрузок

Режимы управления электродвигателем

В зависимости от характера нагрузки преобразователь частоты обеспечивает различные режимы управления электродвигателем, реализуя ту или иную зависимость между скоростью вращения электродвигателем и выходным напряжением.

Режим с линейной зависимостью между напряжением и частотой ( U/f=const ) реализуется простейшими преобразователями частоты для обеспечения постоянного момента нагрузки и используется для управления синхронными двигателями или двигателями, подключёнными параллельно. Вместе с тем при уменьшении частоты, начиная с некоторого значения, максимальный момент двигателя начинает падать. Для повышения момента на низких частотах в преобразователях предусматривается функция повышения начального значения выходного напряжения, которая используется для компенсации падения момента для нагрузок с постоянным моментом или увеличения начального момента для нагрузок с высоким пусковым моментом, таких, например, как промышленный миксер.

Для регулирования электроприводов насосов и вентиляторов используется квадратичная зависимость напряжения/частоты (U/f2=const). Этот режим, так же как и предыдущий, можно использовать для управления параллельно подключенными двигателями. Вместе с тем для повышения качества управления приводом требуется использование других, более совершенных методов управления. К ним относятся метод управления протокосцеплением (Flux Current Control - FCC) и метод бессенсорного векторного управления (Sensorless Vector Control - SVC). Оба метода базируются на использовании адаптивной модели электродвигателем, которая строится с помощью специализированного вычислительного устройства, входящего в состав управления преобразователя.

Наиболее точное и эффективное управление обеспечивает режим векторного управления без датчика обратной связи по скорости (SVC). Если в двигателях постоянного тока имеются две обмотки (статорная, или возбуждённая и роторная, или якорная), что позволяет управлять раздельно скоростью вращения ( ток возбуждения ) и электромагнитным моментом ( ток якоря ), то в двигателях переменного тока с короткозамкнутым ротором имеется всего лишь одна статорная обмотка, через которую формируется возбуждающее магнитное поле и определяет вращающий момент. С этим и связаны все трудности управления электродвигателем. Выход остаётся один: необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока, то есть его вектором, однако для управления фазой тока, а значит, и фазой магнитного поля статора относительно вращающегося ротора необходимо знать точное положение ротора в любой момент времени. Эта задача может быть решена с использованием датчика положения, например, шифратора приращений. В такой конфигурации привод переменного тока по качеству регулирования становится сопоставим с приводом постоянного тока, но в составе большинства стандартных электродвигателей переменного тока встроенные датчики положения отсутствуют, поскольку их введение неизбежно ведёт к усложнению конструкции двигателя и существенному повышению его стоимости.

Применение же современной технологии векторного управления позволяет обойти это ограничение путём использования математической адаптивной модели двигателя для предсказания положения ротора. При этом система управления должна с высокой точностью измерять значение выходных токов и напряжений, обеспечивать расчёт параметров двигателя (сопротивление статора, значение индуктивности рассеяния и.т.д.), точно моделировать тепловые характеристики двигателя с различными режимами его работы, осуществлять большой объём вычислений с очень высокой скоростью. Последнее обеспечивается применением в составе системы управления преобразователя специализированных интегральных схем ASIC.

Векторное управление без датчиков обратной связи по скорости позволяет обеспечивать динамические погрешности, характерные для регулируемого привода с замкнутой обратной связью. Однако полное управление моментом при скорости, близкой к нулевой, невозможно без обратной связи по скорости. Такая обратная связь становится необходимой и для достижения погрешности регулирования менее 1%. Контур обратной связи при этом легко реализуется с помощью самого преобразователя частоты.

Вместе с тем режим векторного управления не может быть использован для синхронных или реактивных синхронных двигателей, для группы двигателей, чья номинальная мощность меньше половины мощности преобразователя частоты или превышает его.

Энергетические потери и вид регулирования

Потери энергии в технологическом процессе зависят от расхода сети (технологической нагрузки), определяемого потребителем, и потерь напора на оборудовании насосной станции которые определяются гидравлическим сопротивлением элементов схемы. Для организации технологического процесса с минимальными энергетическими потерями необходимо, в первую очередь, снизить потери напора между трубопроводом насосного агрегата и сетью потребителей.

Кроме того, в процессе функционирования в зависимости от режимов работы системы может меняться давление перед насосом, создаваемое источником водоснабжения. Измерение этого давления также отражается на величине давления в сети потребителей.

Такой характер взаимосвязи параметров требует установки в системе дроссельных регулирующих элементов - регулирующих клапанов (иногда их роль выполняют напорные задвижки агрегатов). Эти элементы создают дополнительное гидравлическое сопротивление и позволяют обеспечить стабильное давление в сетевом трубопроводе. При использовании дроссельных элементов происходит распределение напора на элементах системы.

На величину потерь при дроссельном регулировании влияет не только регулирующий элемент: чаще всего на этапе проектирования выбирается насосный агрегат с определённым запасом напора, а при замене насосных агрегатов новое оборудование может иметь несколько завышенные характеристики. Кроме того, диапазон изменения входных давлений (перед всасывающим патрубком насосного агрегата) оказывает влияние на величину давления за насосным агрегатом. Все эти обстоятельства приводят к тому, что потери энергии в ходе технологического процесса становятся достаточно большими, достигающими 45 и более процентов от номинальной мощности агрегата.

Для решения задачи минимизации потерь, связанных с регулированием давления в сети, необходимо исключить дополнительные гидравлические сопротивления на участке от насосного агрегата до сетевого трубопровода, то есть необходимо полностью открыть всю запорно-регулируюшую арматуру. Это можно сделать, если процесс регулирования давления передать насосному агрегату. Теория работы нагнетателей (насосов и вентиляторов) доказывает, что изменение частоты вращения привода нагнетателя изменяет его напорные характеристики, кроме того, напор создаваемый нагнетателем, пропорционален квадрату частоты вращения агрегата. Изменение напорных характеристик насосного агрегата при изменении частоты вращения иллюстрирует рис.3, на котором кривая 1 соответствует номинальной ( при номинальной частоте вращения привода) напорной характеристике , а кривые 2-4 - напорным характеристикам при пониженной частоте вращения.

Рис.3. Характеристик насосного агрегата и сети с частотным регулированием.

Если организовать работу привода насосного агрегата таким образом, чтобы он при изменении параметров технологического процесса (расхода в сети и давления на входе агрегата) изменял частоту вращения, то в итоге можно без существенных потерь энергии стабилизировать давление в сети потребителей. При таком способе регулирования исключаются потери напора (нет дроссельных элементов), а значит, и потери гидравлической энергии.

Способ регулирования давления в сети путём изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление ещё и по другой причине. Собственно насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия - отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения коэффициента полезного действия насоса в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах представлен на рис.4.

Рис.4. Изменение КПД насосного агрегата с частотным регулированием при изминении производительности.

В соответствии с теорией подобия максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения несколько снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать на пониженной частоте вращения. В этом случае КПД насоса выше, чем при работе на номинальной частоте вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию на исключении гидравлических потерь, но и получить экономический эффект за счёт повышения коэффициента полезного действия самого насоса - преобразования механической энергии в гидравлическую.

Применение частотного регулирования приводов позволяет существенно уменьшить и эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием агрегатов и систем. Например, снижение перепада давления между всасывающим и напорным патрубками насосного агрегата увеличивает срок службы сальниковых уплотнений, практически исключая гидроудары и обеспечивает стабильность давлений в трубопроводах сетей, а также минимизирует затраты на обслуживание.

Режимы торможения электродвигателя и способы останова

Самый простой способ останова - выбег электродвигателя. Двигатель отключается от питающей сети и останавливается по инерции. При этом время до полного останова не регулируется и определяется инерционными свойствами двигателя и его нагрузки.

Регулируемое время торможения обеспечивает генераторный способ, заключающийся в том, что преобразователь с необходимой скоростью уменьшает выходную частоту до требуемого значения. При этом двигатель превращается в гегенаратор, преобразую кинетическую энергию вращения в электрическую. В зависимости от типа выпрямляющего устройства энергия возвращается в первичную сеть либо накапливается в контуре преобразователя частоты. Во втором случае и в случае нагрузки с большим моментом инерции для рассеивания энергии может потребоваться применение внешнего тормозного сопротивления, подключение которого при возникновении опасного перенапряжения в промежуточном контуре преобразователя осуществляет специальная контролирующая схема. Таким образом, преимуществом генераторного торможения является предсказуемое время и плавность останова, высокий тормозной момент. Недостаток же заключается в том, что энергия выделяется в преобразователе, и в случае быстрого останова или большого момента инерции нагрузки для избежания перегрева встроенного резистора контура постоянного тока преобразователя необходимо использование внешнего сопротивления.

Для того чтобы осуществить торможение постоянным током, или, иными словами, динамическое торможение, с обмотки статора двигателя снимают переменное напряжение и на одну или две фазы подают постоянное напряжение. При этом магнитное поле будет вызывать в начале замедление, а затем и удержание ротора в неподвижном состоянии. Преимуществом динамического торможения является выделение электрической энергии в роторе двигателя, что делает ненужным использование тормозного сопротивления, и плавным останов. Но поскольку выходная частота преобразователем не контролируется, то время торможения становится величиной неопределённой. Эффективность торможения в этом случае по сравнению с генераторным методом составляет 30-40%.

При комбинированном способе торможения используется комбинация двух описанных способов, то есть на переменную составляющую выходного напряжения преобразователя накладывается постоянная составляющая. Этот способ торможения сочетает в себе преимущества обоих электрических способов торможения и позволяет эффективно тормозить электродвигатель за короткое время выделения тепла в преобразователе.

Системный подход

Практика применения частотных преобразователей для управления насосами и вентиляторами доказывает целесообразность не просто включения преобразователя для управления агрегатом, а создания специализированных систем управления технологическим процессом. Именно такой подход позволяет получить экономический эффект не только от снижения потребляемой из сети электрической мощности, но и добиться существенного уменьшения эксплуатационных расходов, улучшение условий труда и увеличение срока службы оборудования. Современные преобразователи частоты позволяют получать более 20 параметров состояния электропривода. Соответствующая обработка этих параметров позволяет проводить глубокое диагностирование как оборудования системы, так и протекающих процессов. Появляется возможность на только реагировать на возникшую аварию, но и предупреждать её, что для энергетических объектов значительно важнее.

Создание системы с частотно-регулируемыми приводами, в которых управление частотой осуществляется наряду с контролем целого комплекса различных технологических параметров, позволяет снизить не только потребление электрической энергии, но и обеспечивает экономию потребления энергоресурсов всей системы.

Использование преобразователей частоты в жилищно-коммунальном хозяйстве и промышленности

В настоящее время в промышленности используются в основном устройства на асинхронных двигателях. Практически, каждый асинхронный двигатель, работающий с переменной нагрузкой, требует регулировки с помощью преобразователей частоты, что, согласно данным по странам ЕС, составит к 2010 году до 50% от общего их числа при нынешних 10%. Следует отметить, что в западных странах преобразователи частоты прочно вошли в практику применения не только в промышленности, но и в бытовой технике. Такой рациональный подход к энергетической проблеме позволяет хозяйствующим субъектам в значительной степени снять с себя бремя расходов, экономить средства. В странах ЕС уже запланирован прирост энергопотребления электроприводами в объёме 150 кВт/ч к 2010 году, из которых 60% этого прироста будет покрыто за счет энергосбережения при переходе к регулируемому электроприводу. В настоящее время в промышленном производстве, коммунальной сфере и в быту практически 100% механической энергии для работы машин и механизмов получают из электрической энергии за счет применения электроприводов. Велика доля электроприводов также в сельскохозяйственном производстве и на транспорте. Более 65% вырабатываемой электроэнергии потребляется электроприводами во всех сферах промышленности и хозяйства, причём наиболее энергоёмкими потребителями являются насосы, вентиляторы и компрессоры. Современное определение электропривода согласно стандарту гласит: «Электропривод - электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих электрических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними сопредельными электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса». Базовым элементом любого электропривода является электродвигатель, осуществляющий собственно электромеханическое преобразование энергии. Оснащение электропривода силовыми электронными преобразователями электрической энергии и микропроцессорными информационно-управляющими устройствами превращает его в мощный интеллектуальный инструмент автоматизации различных производственных и технологических процессов. Такой привод является регулируемым автоматизированным электроприводом. Первые преобразователи постоянного тока массово стали производиться в СССР в 60-х годах. Примерно в это же время они появились и в других промышленно-развитых странах. В них применялись первые советские тиристоры. Уже в 70-х началась активная работа с первыми приводами переменного тока, а к концу 70-х появились и первые быстродействующие приборы. В 80-х появились первые GТО, которые позволили сделать существенный шаг вперёд. В конце 80-х появились первые IGBT, однако из-за известных событий, появиться собственному производству IGBT в СССР было не суждено. Применение IGBT позволяло сократить размеры оборудования в десятки раз, значительно повысить надёжность оборудования и понизить цены. Это привело к рас¬ширению областей применения преобразователей. Ещё 10 лет назад преобразователь просто бы не поместился ни в ЦТП, ни в котельную, ни, тем более, на станок! Эффективность и экономичность работы предприятий холодного и горячего водоснабжения, отопления, водоотведения и водоочистки городов, городских и сельских районов (водоканалы, Коммунпромводы, Теплоэнерго, Тепловые сети и т.п.) может быть существенно повышена за счет автоматизации и внедрения регулируемых электроприводов. На всех этапах получения холодной и горя¬чей воды, доставки ее потребителю, очистки сточных вод применяются насосы с электроприводом, работающие круглосуточно и практически круглогодично. Электроэнергия, потребляемая насосными, агрегатами зачастую расходуется нерационально. Для всех видов перекачиваемой жидкости преобразователи частоты обеспечивают более экономичное, более эффективное и более надежное регулирование, чем известные способы контроля расхода. Многие насосы большую часть времени работают при пониженной нагрузке. Объясняется это тем, что часто проектировщики выбирают двигатели с запасом мощности, либо тем, что расход потребляемой воды меняется и двигатель работает при максимальной нагрузке кратковременно. Регулировать расход можно и при полной скорости двигателя, изменяя гидравлическое сопротивление тракта с помощью клапанов или заслонок, однако, дополнительное оборудование, необходимое в этом случае, часто оказывается ненадежным, трудно регулируемым и потребляющим много энергии. Эксплуатация такой системы без постоянно прикрытой задвижки на выходе невозможна, так как вероятны разрывы трубопроводов.

Более рациональным способом регулирования является снижение частоты вращения приводного двигателя вентилятора или насоса при сохранении неизменной характеристики нагрузки.

При правильном выборе насосного агрегата его расходная характеристика и мощность электродвигателя рассчитаны на обеспечение необходимого давления в системе при максимальном потреблении воды, которое, как известно, приходится на утренние и вечерние часы. В остальное время суток из-за снижения потребления воды давление в системе возрастает и требуется прикрывать ту же задвижку, а это требует постоянного дежурства около нее и сопровождается потерями электроэнергии.

Таким образом, технология дроссельного регулирования давления (с помощью задвижек):

Оборудование, производимое нами, может применяться для автоматизации существующих технологических процессов с целью снижения энерго- топливо-, ремонтных и эксплуатационных затрат при поддержании прежней производительности, повышения производительности этих процессов при прежних или меньших затратах.Наибольший эффект от применения управляемых электроприводов, представляет собой именно механизмы непрерывного действия, так как с изменением производи-тельности тем или иным способом приходится ограничивать их производительность.

Экономически выгодным примером является автоматизация процесса подачи холодной и горячей воды на ЦТП или насосных станциях.

Общая экономическая эффективность в этом случае суммируется из следующих составляющих:

Электродвигатели с центробежными механизмами на валу не потребляют из питающей сети дополнительную мощность, расходуемую на создание избыточного давления перед различными дроссельными заслонками и на преодоление их сопротивления.

В момент пуска электропривода, отсутствуют динамические нагрузки на приводные механизмы и гидравлические удары в трубопроводах, так как ввод в работу осуществляется плавно, практически с нулевой скорости и с заданным темпом увеличивается до необходимой.

При пуске электропривода отсутствуют броски тока, связанные с прямым включением двигателя в сеть. Значения пусковых токов электропривода не превышают номинальных.

Во всем диапазоне рабочих скоростей и нагрузок, коэффициент мощности электропривода близок к единице. Питающая сеть не нагружается реактивным током и, как следствие, не возникают дополнительные потери в подводящих проводах. Рассмотрим систему водоснабжения жилых домов через ЦТП с помощью насосов холодного водоснабжения. Холодная вода из городского водопровода подается в систему холодного и горячего водоснабжения. Для подачи воды на верхние этажи домов на выходе системы водоснабжения необходимо создать избыточное давление из расчета 0,1 атм./1м высоты дома. Если давление воды в городском трубопроводе меньше минимально допустимого значения, необходимо включить насос холодного водоснабжения. Если электродвигатель насоса включается прямым пуском непосредственно от электросети, то в системе возникает гидравлический удар со всеми присущими ему отрицательными последствиями, и в дальнейшем, большую часть времени, насос будет создавать ненужное повышенное давление. В системе с регулируемым электроприводом электродвигатель насоса запускается с нулевой частоты и плавно выходит на режим, определяемый заданным давлением.

Холодная вода с выхода насоса холодного водоснабжения также поступает на вход циркуляционного насоса горячего водоснабжения, проходит через теплообменник, поступает к потребителю и возвращается обратно на вход циркуляционного насоса горячего водоснабжения. Давление в системе горячего водоснабжения должно также соответствовать максимальной высоте обслуживаемых домов. Поэтому, чтобы учесть потери давления на трубопроводах, иногда датчик, формирующий сигнал обратной связи, устанавливают не на выходе насоса холодного водоснабжения, а на обратной линии горячего водоснабжения. Управление производительностью большого количества насосов производится вводом в сеть трубопроводов машин дополнительного гидравлического сопротивления. Данный метод приводит к неоправданным потерям энергии и преждевременному износу оборудования.

Применение частотно-регулируемых электроприводов производства в системах водоснабжения, прежде всего, позволяет существенно снизить потребление электроэнергии электроприводами насосов, так как избыточный напор в этом случае не создается. Давление поддерживается постоянным, за счет регулирования частоты вращения электродвигателя насоса. Давление, которое необходимо поддерживать в системе, с помощью встроенной клавиатуры пульта привода, записывается в его энергонезависимую память. Реальное давление в системе измеряется датчиком и подается в электропривод в виде электрического сигнала обратной связи. После сравнения заданного и реального давлений встроенным в преобразователь частоты регулятором вырабатывается необходимая частота напряжения, поступающего на электродвигатель. Асинхронный электродвигатель насосного агрегата вращается в соответствии с частотой поданного на него напряжения. Таким образом, давление в системе круглосуточно автоматически поддерживается постоянным независимо от потребления воды.

Примеры применения регулируемых электроприводов на базе частотных преобразователей

1. Одной из областей наиболее эффективного применения частотных преобразователей являются насосы дополнительной подкачки в системах водо- и теплоснабжения. Особенностью этих систем является неравномерность потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года. Постоянный объем подачи приводит к заметному ослаблению напора в часы повышенного разбора воды и к значительному повышению давления в магистрали, когда расход воды снижается. Повышение давления в магистрали ведет к потерям воды на пути к потребителю и увеличивает вероятность разрывов трубопровода. При применении частотного преобразователя есть две возможности регулировать подачу воды: в соответствии с заранее составленным графиком (без обратной связи) и в соответствии с реальным расходом (с датчиком давления или расхода воды). Регулирование подачи воды позволяет получить экономию электроэнергии до 50 %, а также значительную экономию воды и тепла. Исключение прямых пусков двигателя позволяет снизить пусковые токи, избежать гидравлических ударов и избыточного давления в магистрали, увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.

2. При таких производственных процессах как изготовление и намотка полимерных нитей и пленок, проволоки, бумаги, стекловолокна и стеклоткани требуется точное регулирование скорости вращения, управление по моменту и согласование движения нескольких двигателей. Применение частотных преобразователей в таких технологических процессах позволяет получить высокое качество нити, проволоки или материала, исключить обрывы и повысить производительность, а также получать при намотке одинаковое натяжение материала по всей толщине рулона. Для технологического процесса, требующего перемещения непрерывного материала через несколько зон с постоянной скоростью возможно согласование работы нескольких преобразователей частоты, бесступенчатое изменение скорости, плавный пуск и остановка.

3. Для решения некоторых задач необходимо точное позиционирование механизма. В таких случаях оправдано применение частотных преобразователей с векторным управлением с обратной связью. Эта группа преобразователей имеет возможность работы с полным моментом в области нулевых скоростей. Привода с асинхронными двигателями, питающимися от таких частотных преобразователей, могут заменить регулируемые привода постоянного тока.

Примеры экономической эффективности от использования частотных преобразователей:

Управление асинхронным электроприводом с помощью преобразователей частоты

Во многих областях приводной техники все чаще требуется применение бесступенчатого регулирования асинхронных приводов в широком диапазоне скоростей вращения, которое обеспечивает:

Существует несколько способов бесступенчатого регулирования асинхронных приводов. По сравнению с частотным, недостатком всех остальных способов является наличие механически изнашиваемых элементов, которые затрудняют эксплуатацию и обслуживание приводов, особенно в загрязненных и взрывоопасных средах. У асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (КЗР) отсутствуют такие слабые места, и управление ими с помощью преобразователей частоты позволяет создать высоконадежную систему бесступенчатого регулирования. Полная защита от пыли и влаги (род защиты IP 65) позволяет устанавливать подобные системы в самых жестких условиях и экстремальных рабочих средах. Необходимые для бесступенчатого регулирования составные элементы объединены в корпусе преобразователя частоты, который может быть установлен независимо от места расположения самого привода в любом легкодоступном месте. Несмотря на малые размеры, выпускаемые в настоящее время преобразователи частоты обладают широкими эксплуатационными возможностями, позволяющие решать большинство управленческих задач.

Диапазон мощностей у различных преобразователей весьма широк и составляет от 0,4 до 1600 кВт при стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Скорость вращения регулируется в диапазоне 0...400 Гц. С помощью выбора нужного типа характеристики Напряжение-Частота (U/f) преобразователь может оптимально настраиваться под конкретное применение и вид нагрузки (подъемник, транспортер, насос, вентилятор и т.п.). Кроме традиционного, возможно применение векторного регулирования, когда преобразователь строит математическую модель двигателя и регулирует частоту с учетом этой модели. Векторное регулирование дает очень хорошие результаты там, где необходим высокий момент на низких оборотах, или требуется поддержание постоянной частоты вращения, или при скачках нагрузки. Функция самосброса позволяет преобразователю работать в силовых цепях с плохим качеством питающего напряжения (пики, провалы, пропадание питающего напряжения). Такая ситуация не редкость, например, когда где-то рядом включается мощная силовая нагрузка. При этом преобразователь не допустит остановки привода, причем время между срабатыванием защиты и автоматической попыткой пуска, а также количество таких попыток программируется пользователем. Если же причина срабатывания защиты более серьезна, то преобразователь, исчерпав заданное количество попыток запуска, остановится и выдаст во внешние цепи релейный сигнал срабатывания защиты, по которому можно автоматически переключить привод на работу напрямую от сети.Функция запуска сходу позволяет преобразователю нормально работать с высокоинерционной нагрузкой на валу двигателя, при кратковременном пропадании питания. В этом случае после восстановления питания и повторного автозапуска, преобразователь запускает двигатель не с нулевой скорости, а с той, на которой по инерции продолжалось свободное вращение. Выбор траектории разгона-торможения и применение нового принципа широтно-импульсной модуляции обеспечивают максимальную плавность и бесшумную работу двигателя. Преобразователь, настроенный при пуске, не требует квалифицированного обслуживания. Для исключения несанкционированного вмешательства в настройки существует специальный параметр, запрещающий все изменения. Кроме того, пульт управления может быть снят и далеко спрятан, что не нарушит работоспособность и гарантирует сохранение настроек от любознательного персонала.

Вместо пульта, на тот же разъем, может быть подключен управляющий компьютер. Преобразователи могут стыковаться с промышленными информационными сетями (Profibus/DP, Device Net, CC-link). Это делает возможным интегрирование преобразователей в уже существующие системы автоматизации. Встроенный ПИД-регулятор позволяет регулировать любой внешний параметр, поставленный в зависимость от скорости вращения двигателя: давление насоса, температуру в системах вентиляции, расход и др.

Такие преобразователи частоты нашли применение в первую очередь в металлургической и химической промышленности. В металлургии особое распространение они получили в системах управления рольгангами, где от одного преобразователя могла управляться целая группа асинхронных приводов валков рольгангов. В качестве других примеров применения управляемого асинхронного привода можно привести лифты (высокоточное регулирование скорости, высокий момент на низких оборотах, поддержание нулевой скорости); краны и подъемники (дополнительно возможность рассеяния энергии торможения или ее рекуперация); текстильное оборудование (возможность режима позиционирования и поддержания постоянного усилия натяжения нити). Практический опыт применения регулирования привода насосов на станции подкачки питьевой воды в жилые дома с населением 5026 человек (насос К-90/35 мощностью 11 кВт) показывает, что достигается экономия электроэнергии 54%, экономия воды 34%. Подобные цифры не являются исключением.


Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструкции
Инструменты
Печать/экспорт

Реклама