Современные преобразователи частоты: методы управления и аппаратная реализация

Преобразователь частоты — это устройство, которое позволяет изменять частоту и напряжение переменного тока для управления скоростью электродвигателей. В компании Легион Комплект Автоматика представлены различные модели, подробнее на https://lca.su/product-category/privodnaya-tehnika/chastotnye-preobrazovateli/nizkovoltnye-chastotnye-preobrazovateli/instart-6/. 

Существует несколько серий преобразователей частоты, каждая из которых имеет свой функционал. Однако, все они имеют некоторые общие характеристики.

• Во-первых, все установки используют векторную систему управления, которая обеспечивает более точное и эффективное управление скоростью двигателя.
• Во-вторых, все преобразователи могут быть успешно применены на общепромышленном оборудовании, так как они имеют широкий диапазон входных параметров и могут работать с различными типами электродвигателей.
• В-третьих, все устройства имеют ПИД-регулировку, которая позволяет быстро и точно регулировать скорость двигателя и поддерживать ее на заданном уровне.
• В-четвертых, присутствует встроенный модуль торможения, который обеспечивает плавное и безопасное торможение двигателя.

Наконец, все преобразователи имеют возможность функционировать с энкодерами, которые позволяют получать обратную связь о скорости и положении двигателя, что повышает точность и эффективность работы системы. 

Принцип работы импульсного преобразователя

Симисторный стабилизатор напряжения

Разработано несколько типов конструкций преобразователей, которые отличаются принципом работы:

• step-down (buck converter) – устройства, способные понижать входное напряжение до заданного;
• step-up (boost converter) – используются тогда, когда необходимо повысить напряжение на выходе относительно входного;
• buck-boost converter – способен работать как на понижение, так и на повышение напряжения;
• SEPIC (single-ended primary-inductor converter) – имеет аналогичные параметры, но работает по другому принципу;
• inverting converter – основное назначение – инверсия полярности напряжения.

Пpaктически все конструкции используют в работе свойство индуктивности к накоплению энергии. Цепь с катушкой индуктивности (дросселем) управляется ключом, роль которого выполняет быстродействующий транзистор. Различия в схемах заключаются во взаимном расположении дросселя, накопительной емкости и ключевого элемента.

Step-down

Схема содержит индуктивность, расположенную после ключевого элемента и включенную последовательно с нагрузкой. При открытом ключе через дроссель начинает протекать ток. Диод в это время закрыт. После закрытия ключа ток не прекращается мгновенно, а продолжает циркулировать в том же направлении, но уже через открытый диод.

В дальнейшем цикл работы повторяется. Емкость на выходе позволяет сглаживать пульсации выходного напряжения.

Step-up

Данный повышающий преобразователь напряжения также содержит дроссель, соединенный последовательно с нагрузкой, но располагается он до ключа. При открытом ключе через индуктивность течет ток, который линейно растет. После закрытия ключа ток продолжает идти уже через открытый диод в нагрузку. При этом напряжение на входе складывается с ЭДС самоиндукции дросселя.

Остальные схемы имеют аналогичную схемотехнику.

Во всех случаях диод блокирует нагрузку от ключа в необходимом месте цикла преобразования. Падение напряжения на диоде вызывает рассеивание дополнительной мощности, что снижает КПД устройства. Поэтому вместо обыкновенных диодов с падением около 0.7В используют быстродействующие диоды Шоттки, падение напряжения на которых составляет 0.4В.

Инвертор

Инвертор является последним звеном в частотном преобразователе перед самим электродвигателем. Именно он окончательно преобразует напряжение в нужный для работы вид. Вследствие вышеописанных преобразований, происходящих на выпрямителе и промежуточной цепи, инвертор получает:

• Постоянный ток изменяющегося характера.
• Изменяющееся или неизменное напряжение постоянного тока.

Собственно, сам инвертор и обеспечивает подачу напряжения необходимой частоты. Если на него поступает изменяемое напряжение или ток, то он создает только нужную частоту. Если же неизменяемое, то он создают и нужную частоту, и нужное напряжение.

Обычно в конструкции инверторов используются высокочастотные транзисторы, частота коммутации которых находится в диапазоне от 300 до 20 кГц.

Возможно, вам также будет интересно

Анатолий Коршунов Синхронные двигатели (СД) находят широкое применение в разомкнутых системах, обеспечивающих независимую от нагрузки скорость вращения большого числа индивидуальных приводов. Это необходимо, например, при производстве синтетических волокон, в различных дозировочных агрегатах, в пищевой и фармацевтической промышленности и т. д. В большинстве случаев синхронные двигатели работают в стационарных режимах. Стационарными обычно называют режимы, параметры которых Введение Изменение величины напряжения переменного тока требуется в электромеханических системах автоматики, в электропитании и во многих других областях. Для этого традиционно применяют магнитные усилители, многообмоточные силовые трансформаторы с тиристорной коммутацией обмоток, различные тиристорные схемы, изменяющие величину напряжения за счет искажения формы синусоиды . Указанные устройства отличаются неудовлетворительными массогабаритными показателями или не обеспечивают требуемые пределы и

LDO-стабилизаторы напряжения для ответственных применений

11 октября, 2013 ОАО «НПП «ЭлТом» разработала и серийно освоила в производстве линейные стабилизаторы с низким падением напряжения между входом и выходом категории качества «ВП»:

маломощные универсальные LDO-стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением 142ЕР3У; серия мощных (ток в нагрузке до 5 А) LDO-стабилизаторов с фиксированными выходными напряжениями 1303ЕН1.8П, 1303ЕН2.5П, 1303ЕН3.3П, 1303ЕН5П.

Серия 142ЕР3У 1303ЕНххП

Входное напряжение, В до 16 до 16

Выходное напряжение, В 2,2–7,5 1,8; 2,5; 3,3; 5

Выходной ток, А 0,2 5

Ток потребления, не более, мА 3 …

Типы периферийных устройств

Периферийные устройства — это обобщенное название устройств, подключаемых к ПК. Их разделяют на устройства ввода, вывода и ввода-вывода информации. Они могут быть как внешними, так и внутренними.

Внутренние – это те, которые устанавливаются на материнскую плату:

• Жесткий диск;
• Видеокарта;
• Сетевая карта;
• Wi-Fi адаптер;
• Звуковая карта;

И другое оборудование, которое подключается в слоты PCI, PCI Express и SATA.

Внешние – те, которые подключаются к системному блоку снаружи.

Основные:

• Монитор;
• Клавиатура;
• Мышь;
• Колонки;
• Наушники;
• Микрофон;
• Принтер;
• Сканер;
• МФУ;
• УПС.

Из дополнительных можно выделить USB устройства:

• Флешка;
• Bluetooth адаптер;
• Wi-Fi адаптер;
• Звуковая карта;
• Web камера;
• 3G и 4G модем;
• Удлинитель;
• Картридер;
• Джойстик.

А также некоторое профессиональное оборудование:

• Графический планшет;
• Проектор;
• Плоттер;
• Звуковой пульт;
• Сетевое оборудование.

Семейство частотных приводов Power Flex от Rockwell Automation

Компания Rockwell Automation, бессменный лидер на силовом электротехническом рынке, выпустила новую серию частотных электроприводов Allen-Bradley PowerFlex в диапазоне мощностей от 0.25kW до 6770kW. Новая высокоэффективная серия сочетает в себе компактное конструктивное исполнение, широкие функциональные возможности и отличные эксплуатационные характеристики. Применяется в пищевой, бумажной, текстильной промышленности, металлообработке, деревообработке, насосно-вентиляционном оборудовании и т.д. В палитре представлены два класса приводов – Компонентный и Архитектурный. Модели из Компонентного класса предназначены для решения стандартных задач регулирования, а приводы Архитектурного класса за счет гибкого изменения конфигурации могут быть легко адаптированы и встроены в системы управления различного силового оборудования. Все модели предлагают исключительные коммуникационные возможности, широкую гамму панелей оператора и средств программирования, что в значительной степени облегчает эксплуатацию и ускоряет запуск оборудования.

PowerFlex 4

Привод Powerflex 4 является наиболее компактным и недорогим представителем данного семейства. Являясь идеальным устройством регулирования скорости, данная модель обеспечивает универсальность применения с соблюдением требований производителей и конечных пользователей в отношении гибкости, компактности и простоты эксплуатации.

В приводе реализован вольт-частотный закон управления с возможностью компенсации скольжения. Прекрасным дополнением к данной модели является версия ультракомпактного приводы Power@Flex4M, c расширенным рабочим диапазоном мощностей до 2.2 kW при однофазном исполнении и до 11kW-для трехфазного напряжения 400VAC. Предлагаемая ценовая шкала на данную модель позволяет надеяться если не на хит сезона, то на достаточно широкую ее популярность.

PowerFlex 7000

Привода серии PowerFlex 7000 являются уже третьим поколением приводов среднего напряжения от Rockwell Automation. Предназначены для регулирования скорости, момента, направления вращения асинхронных и синхронных двигателей переменного тока. Уникальный дизайн серии PowerFlex 7000 представляет собой запатентованную разработку под маркой PowerCage силовых блоков, содержащих основные силовые компоненты приводы. Новый модульный дизайн прост и представлен небольшим количеством компонентов, что обеспечивает высокую надежность и облегчает эксплуатацию. К основным преимуществам приводов среднего напряжения можно отнести: уменьшение эксплуатационных расходов, возможность запуска больших двигателей от небольших источников питания и повышение качественных характеристик контролируемого технологического процесса и используемого оборудования.

В зависимости от выходной мощности поставляются привода трех типоразмеров:

• Корпус А – Диапазон мощностей 150-900 кВт при питающем напряжении 2400-6600 В
• Корпус В – Диапазон мощностей 150-4100 кВт при питающем напряжении 2400-6600В
• Корпус С – Диапазон мощностей 2240-6770 кВт при питающем напряжении 4160-6600 В

Приводы PowerFlex 7000 могут поставляться с таких вариантами исполнения, как 6-пульсная или 18-пульсная схема или с ШИМ-преобразователем, что дает пользователю существенную гибкость в вопросе снижения влияния гармоник питающей сети. Кроме этого, он обеспечивает прямое бессенсорное векторное управление для улучшения регулирования в зоне низких скоростей, по сравнению с приводами, использующими метод регулирования U/f, а также возможность регулирования момента двигателя, как это осуществляется в приводах постоянного тока. В качестве панели оператора предлагается модуль с жидкокристаллическим дисплеем на 16 строк и 40 знаков.

Allen-Bradley www.rockwell.com

Сравнение синхронного и асинхронного двигателей

В завершение можно подвести итог, в чем главные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) моторов.

Выделим базовые моменты:

1. Ротору асинхронных моторов не требуется питание по току, а индукция на полюсах зависит от статорного магнитного поля.
2. Обороты АД под нагрузкой отстают на 1-8% от скорости вращения поля статора. В СД количество оборотов одинаково.
3. В «синхроннике» предусмотрена обмотка возбуждения.
4. Конструктивно ротор СД представляет собой магнит: постоянный, электрический. У АД магнитное поле в роторном механизме наводится с помощью индукции.
5. У синхронной машины нет пускового момента, поэтому для достижения синхронизации нужен асинхронный пуск.
6. «Синхронники» применяются в случаях, когда необходимо обеспечить непрерывность производственного процесса и нет необходимости частого перезапуска. АД нужны там, где требуется большой пусковой момент и имеют место частые остановки.
7. СД нуждается в дополнительном источнике тока.
8. «Асинхронники» медленнее изнашиваются, ведь в их конструкции нет контактных колец со щетками.
9. Для АД, как правило, характерно не круглое количество оборотов, а для СД — округленное.

Преимущества частотного регулирования электродвигателя

Управление электродвигателем предполагает автоматизацию всей его работы, включая пуск, торможение, реверс и изменение скорости вращения электродвигателя. Автоматический пуск обеспечивает плавное включение пусковых сопротивлений, возможность регулирования тока в требуемых пределах, что позволяет уменьшить число ошибок, возникающих при пуске, и повышает производительность всей системы в целом. То же самое касается реверса и торможения.   Частотное регулирование позволяет устранить один из существенных недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором — постоянную частоту вращения ротора электродвигателя, не зависящую от нагрузки. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать сложных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме. Частотное регулирование электродвигателя эффективно используют на промышленных предприятиях, в области энергетики, холодильной технике, коммунальном хозяйстве и других сферах. Это связано с тем, что частотное регулирование позволяет автоматизировать производственные процессы, экономично расходовать электроэнергию и другие задействованные в производстве ресурсы, повышать качество выпускаемой продукции, а также увеличивать надежность работы всей системы в целом.

Частотное регулирование также позволяет улучшить безотказность работы и долговечность технологической системы. Это обеспечивается за счет снижения пусковых токов, устранения перегрузок элементов системы и постепенной выработки моточасов оборудования. Для частотного регулирования используются частотные преобразователи со встроенными в них ПИД-регуляторами (пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы), обеспечивающими точное регулирование заданных технологических параметров.   Преобразователи частоты, в отличие от других устройств регулирования скорости двигателя, таких как гидравлическая муфта, система генератор-двигатель, механический вариатор, позволяют избегать различных недостатков в работе системы. Речь идет об узком диапазоне регулирования оборудования, сложностях с его эксплуатацией, низким качеством производимых работ и неэкономичности всей системы.

Применение

Частотные преобразователи сочетают в себе уникальные качества, высокий технический уровень, надежность и невысокую цену. На базе частотных преобразователей можно создавать гибкие системы электропривода и регулирования технологических параметров. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова управляемого технологического процесса, легко модифицируются и адаптируются в соответствии со всеми аспектами их применения. Широкий диапазон мощностей и различные варианты систем управления позволяют подобрать решение для многих задач управления.

Частотные преобразователи имеют стандартный интерфейс и входные и выходные унифицированные сигналы для возможности их включения внешним управляющим системам более высокого уровня и подключения устройств дистанционного управления и отображения информации

Частотные преобразователи обладают электромагнитной совместимостью с питающей сетью.

Когда требуется программирование частотного преобразователя

Настройка преобразователя частоты требуется:

• При установке нового электропривода, укомплектованного частотным регулятором. Программирование и наладка частотного преобразователя проводится перед первым пуском двигателя, а также при окончательной настройке ПЧ.
• При замене электрического двигателя или его капитальном ремонте. Фактические характеристики электрического двигателя, бывшего в эксплуатации или после капитального ремонта, могут отличаться от паспортных данных электрической машины. Это требует внесения корректировок в ПО и повторной наладки.
• При структурном изменении САР, ввода в нее новых устройств и оборудования, любых изменений технологических параметров. Для корректной работы электропривода в составе комплексной АСТП требуется перепрограммирование частотников при изменениях в системе.

Как можно управлять скоростью вращения двигателя?

Очевидно, что двигатель в обычном режиме работы от сети (электрического шкафа) имеет стандартную скорость/частоту вращения. Это ограничивает прямое его использование, вынуждая применять различные редукторные механизмы для понижения частоты до требуемой. Но даже тогда нет возможности динамично менять обороты, а вместе с ними, мощность, подачу, поскольку все равно остаются фиксированными частоты на выходе из двигателя и редуктора. Для расширения существующих рамок используют разные способы управления (частотные, импульсные, фазные и т. д), которые можно разделить на две большие группы:

1. Скалярное. Как правило, используется на приводных двигателях компрессорных, вентиляторных, насосных и прочих механизмов, где требуется контроль скорости вращения или любого другого параметра, связанного с датчиками,
2. Векторное. Это усовершенствованная концепция, которая предполагает раздельный, независимый контроль, изменение момента и магнитного потока. Токосцепление ротора поддерживается на постоянном уровне, что позволяет сохранить максимальный показатель момента.

Управление асинхронным двигателем

Отличие скалярного от векторного управления как раз заключается в возможности осуществления контроля возбуждения (потока). Фактически, он представляется как двигатель постоянного тока, имеющий независимые друг от друга обмотки. Такой подход позволяет создать подобную математическую модель системы работы контроллера.

Регулирование систем холодоснабжения

Инжиниринговая компания «Лэнд» создала систему холодоснабжения супермаркета «О’Кей» в городе Зеленограде. Один специализированный преобразователь частоты VLT RefrigerationDrive FC-103 контролирует работу основных элементов — компрессоров, конденсаторов, испарителей. Автоматическое регулирование обеспечивает поддержание заданных температур в торговом зале и способствует сохранению свежести продуктов. Среднегодовое снижение энергопотребления достигает 15–20 %.

Изменения частоты вращения электродвигателя компрессоров поддерживает необходимое давление в системе. Регулирование производительности вентиляторов конденсаторов происходит в зависимости от температуры окружающей среды. Устройство снабжено встроенным интерфейсом ADAP Kool для удалённого мониторинга и управления контроллерами холодильной машины.

Научный потенциал и гибкая производственная база позволяют ведущим производителям преобразователей частоты удовлетворить практически любой спрос потребителей. В частности, Danfoss предлагает комплексность в решении задач, инновационный подход и нередко нестандартный взгляд на традиционные методы. В результате всегда гарантирован рост производительности, снижение энергопотребления и повышение надёжности инженерных систем разной степени сложности.

Вентиляция инфекционного центра

За два месяца весны 2020 года был спроектирован и построен Московский клинический центр инфекционных болезней «Вороновское» на 800 пациентов. Холдинг «Русклимат» за это время разработал и внедрил комплексную систему очистки воздуха в соответствии с нормативами СанПиН и СНиП. Система вентиляции была сертифицирована Роспотребнадзором в качестве медицинского оборудования.

На объекте установлено около 1100 вытяжных и приточных установок. Организовано зонирование воздушных потоков для исключения перетекания между помещениями. Для автоматизации контроля расчётных температур, влажности и микробиологических параметров применено частотное регулирование.

Управление вентустановками, центральными кондиционерами Ballu и Shuft, компрессорно-конденсаторными блоками Electrolux осуществляют преобразователи частоты. В проекте задействовано несколько тысяч устройств VLT Micro Drive FC-51 мощностью 0,75–5,5 кВт, а также VLT HVAC Basic Drive FC-101.

Функционал частотного регулирования обеспечил соблюдение требований по инфекционной безопасности в воздушной среде помещений всех типов вплоть до «чистых» зон. Также было выполнено обязательное условие — переход на регулирование резервных приводов в случае необходимости.

Техника безопасности при подключении преобразователя частоты

Следует выделить несколько основных правил безопасности, о которых нужно помнить при выполнении работ по подключению частотных преобразователей:

• Категорически запрещается касаться любой частью тела к токоведущим элементам цепи. Это может нанести ущерб вашему здоровью или даже лишить жизни. Перед началом работ рекомендуется полностью обесточить оборудование и использовать специальные электромонтажные инструменты с защитой от ударов током.
• Стоит помнить, что даже после угасания индикаторов на устройстве в цепи может оставаться напряжение. Чтобы избежать ударов током при работе с системами до 7 кВт необходимо выждать 5 минут до начала работ, с агрегатами свыше 7 кВт – 15 минут. Этого времени должно хватить, чтобы все конденсаторы в цепи разрядились.
• Заземление является неотъемлемой частью любой электрической цепи, включая цепь частотный преобразователь-двигатель. Оно должно устанавливаться в виде отдельного кабеля и ни в коем случае не может присоединяться к нулевой шине.
• Стоит помнить, что отключения частотного преобразователя не гарантирует, что в других узлах сети не осталось напряжения, поэтому перед ремонтом или обслуживанием необходимо полностью отключить цепь от сети.

Выполнять работы по подключению преобразователей частоты могут только квалифицированные специалисты, имеющие соответствующую подготовку, а также необходимые допуски.

Назначение и область применения частотных преобразователей

Частотные преобразователи уже много лет используются в строительстве электромеханических устройств и агрегатов. Они позволяют модулировать частоту тока, что в свою очередь делает возможной точную регулировку скорости вращения двигателя. На сегодняшний день частотники используются во многих отраслях деятельности. Мы рассмотрим лишь некоторые из них:

• Пищевая промышленность. Частотные преобразователи часто используются для регулировки работы фасовочных линий. Они позволяют настроить скорость подачи продукта и движения ленты в соответствии с пропускной способностью самого упаковочного станка. Кроме того, их часто используют в крупных миксерных агрегатах, вентиляционных системах и т.д.
• Механизация производственного оборудования. Без преобразователей частоты не обходятся конвейерные ленты, покрасочные и моющие станки, прессы, штамповочное оборудование и т.д. Такие устройства позволяют контролировать скорость рабочих процессов, снижая вероятность повреждения продукции и повышая качество конечного результата.
• Медицина. Относительно любого медицинского оборудования всегда устанавливаются самые высокие технические требования, добиться соответствия которым невозможно без использования управляемых электродвигателей в связке с частотником. Они устанавливаются в различных системах жизнеобеспечения, подъемных механизмах кроватей и т.д.
• Подъемно-транспортное обеспечение. Лифты, подъемные краны, подъемники – все эти средства уже давно используют преобразователи частоты. Они позволяют точно контролировать скорость выполнения различных операций, а также продлевать срок безремонтной эксплуатации оборудования.

Перечислять области применения частотных преобразователей можно бесконечно, ведь их можно использовать в любом оборудовании, использующем электродвигатели.  

Что такое асинхронный двигатель?

Прежде чем переходить к модели, алгоритмам и системам управления электроприводом, нужно точно знать, что он собой представляет. Это позволяет выявить в его цепи такие моменты, которые можно будет использовать для организации плавного изменения ключевых характеристик (частота/скорость вращения, напряжение). Соответственно, можно определить параметры контроллера, разработать технологические карты для его размещения в шкафу и обслуживания.

Работа любого асинхронного двигателя базируется на возбуждении на контактных обмотках магнитного поля при подаче электричества от шкафа управления. Оно возникает на статоре – неподвижной части двигателя, которая состоит из кольцевого сердечника (магнитопровода), собранного из отдельных металлических пластин. Каждая из них имеет концентрические пазы на внутренней стороне кольца, которые при совмещении образуют продольные пазы. Они служат для намотки проволоки, составляющей основу статорной обмотки.

Также асинхронный двигатель имеет подвижную часть – ротор, совмещенный с приводным валом. Он также имеет пластинчатый сердечник с пазами, но уже на внешней стороне. Вместо проволоки используются медные прутки, которые по краям замыкаются пластинами (такой вариант двигателя называется с короткозамкнутым ротором).

За счет того, что частоты вращения магнитных полей статора и ротора отличаются, в обмотках последнего за счет индукции наводится электрический ток. Он, в свою очередь, побуждает электромагнитную силу, приводящую ротор в движение (вращение). Разница частот обычно называется скольжением. Его величина составляет порядка 2…10%.

Высоковольтный преобразователь напряжения

Такое электронное устройство, которое предназначено для получения переменного или постоянного высокого напряжения (до нескольких тысяч вольт). Например, такие устройства применяются для получения высоковольтной энергии на кинескопы телевизоров, а также для лабораторных исследований и проверки электрооборудования напряжением, повышенным в несколько раз. Кабеля или же силовые цепи масляных выключателей, рассчитанных на напряжение 6 кВ, испытывают напряжением 30 кВ и выше, правда, такая величина напряжения не обладает высокой мощностью, и при пробое сразу же отключается. Эти преобразователи довольно компактны ведь их приходится переносить персоналу от одной подстанции к другой, чаще всего вручную. Нужно заметить, что все лабораторные блоки питания и преобразователи обладаю почти эталонным, точным напряжением. Более простые высоковольтные преобразователи применяются для запуска люминесцентных ламп. Сильно повысить импульс до нужного можно за счёт стартера и дросселя, которые могут иметь электронную или же электромеханическую основу.

Промышленные установки, выполняющие преобразование более низкого напряжения в высокое, имеют множество защит и выполняются на повышающих трансформаторах (ПТН). Вот одна из таких схем дающая на выходе от 8 до 16 тысяч Вольт, при этом для его работы необходимо всего около 50 В.

Из-за того, что в обмотках трансформаторов вырабатывается и протекает довольно высокое напряжение, то и к изоляции этих обмоток, а также к её качеству предъявляются высокие требования. Для того чтобы устранить возможность появления коронирующих разрядов, детали высоковольтного выпрямителя должны быть припаяны к плате аккуратно, без заусенцев и острых углов, после чего залиты с обеих сторон эпоксидной смолой или слоем парафина толщиной 2…3 мм, обеспечивающим изоляцию друг от друга. Иногда данные электронные системы и устройства называют повышающий преобразователь напряжения.

Следующая схема представляет собой линейный резонансный преобразователь напряжения, который работает в режиме повышения. Он основан на разделении функций повышения U и его чёткой стабилизации в абсолютно разных каскадах.

При этом некоторые инверторные блоки можно заставить работать с минимальными потерями на силовых ключах, а также на выпрямленном мосте, где появляется высоковольтное напряжение.

Интерфейсы частотных преобразователей

В конструкции большинства современных частотных преобразователей имеется целый набор различных интерфейсов, через которые можно осуществлять подключение стороннего оборудования или синхронизировать несколько частотников. Рассмотрим основные входы и выходы, используемые в подобных устройствах:

• Аналоговый вход. Данный интерфейс служит для приема стандартного аналогового сигнала производственного диапазона, который располагается в пределах от 0(4) до 20мА или от 0 до 10В. Через него можно осуществлять регулировку работы частотного преобразователя. Например, минимальная величина аналогового сигнала может сигнализировать устройству о том, что выходная частота, поступающая на двигатель, должна иметь свое минимальное значение и наоборот – максимальная должна соответствовать максимальной. 
• Аналоговый выход. Данный выход по своему функционалу аналогичен входу. Только в этом случае он передает информацию о частоте, поступающей на двигатель, через аналоговый сигнал определенной величины, что позволяет контролировать режим работы.
• Дискретный вход. Данный вход способен принимать скачкообразные сигналы. Как и аналоговый вход, он способен изменять параметры. Например, минимальный сигнал может соответствовать мгновенной минимальной выходной частоте преобразователи, а максимальный – максимальной выходной частоте.
• Дискретный выход. Данный выход позволяет выполнять аналогичные входу операции только в обратном порядке.
• RS-485. Данный интерфейс является полноценным входом, который позволяет в полной мере взаимодействовать с преобразователем частот, например, через компьютер. С его использованием можно настраивать рабочие параметры оборудования, отслеживать его состояние и т.д. В интерфейсе RS-485 используется особенный дифференциальный сигнал, который позволяет проводить линии длиной до 120 метров. Таким образом, можно установить преобразователь частот на производственном участке, а управление им осуществлять в командной рубке, удаленной от рабочего пространства.

Кроме того, в частотных преобразователях могут использоваться и другие интерфейсы. Все зависит от конкретной модели устройства и его производителя.

Как работают скалярные частотные преобразователи

В скалярном режиме существует линейная зависимость между напряжением и частотой: чем выше напряжение на выходе, тем выше выходная частота, и наоборот. И для скалярного ПЧ это единственный инструмент для регулирования режимов работы двигателя: ротор вращается с такой же частотой (в некоторых случаях – с небольшой погрешностью), которая выходит из частотника. При нулевом напряжении частота также равна нулю – это значит, что в момент старта вал свободно вращается, крутящий момент отсутствует. В некоторых случаях этого недостаточно, чтобы сдвинуть нагрузку с места.

Для компенсации такого явления используется так называемый буст – задание напряжения в процентах от номинального, при котором частота равна нулю. Так в стартовой точке можно получить не 0 Гц и 0 В, а 0 Гц и % от номинального напряжения, чтобы обеспечить на выходе небольшой крутящий момент, достаточный для простых применений. Буст работает не постоянно, а только на первой стадии разгона. После 5-10 Гц буст отключается, зависимость частоты и напряжения снова становится линейной.

Принцип работы

Частотный преобразователь — это устройство, которое плавно изменяет частоту исходного напряжения. Есть устройства, работающие как от однофазной (220 В), так и от трехфазной сети (380 В). Предел изменения частоты — от 0,1 Гц до 500 Гц. Существуют преобразователи двух типов — индукционного и электронного. Индукционные имеют невысокий КПД, так что используются реже. Практически все современные частотные преобразователи — электроника с системой управления и контроля.

Как работает преобразователь частоты с электродвигателем? Известно, что вал асинхронного электрического двигателя с короткозамкнутым ротором вращается со скоростью, которая зависит от частоты питающего напряжения. Частота вращения ротора определяется по следующей формуле:

n = 60 * f / p

где n — частота вращения ротора; f — частота питающего напряжения, p — число пар полюсов статора. Как видите, зависимость прямая. Чем выше частота питающего напряжения, тем быстрее вращается ротор, чем меньше частота, тем медленнее вращение. Вот на этой зависимости и построено управление асинхронным двигателем при помощи преобразователя частоты, его плавный старт и останов. Осталось разобраться как частотный регулятор это делает.