ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ   Консультации и заказ преобразователей частоты:  Кучер Александр Станиславович  Россия, г.Тимашевск, ул.Строительная,3  ф.(861-30)5-22-12, т.5-22-13, 8-918-2-33-59-44

На протяжении последних лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT. Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже  частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из  силовой  и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на IGBT транзисторах

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты  представлена на рис. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя. Переменное напряжение питающей сети (uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).  Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.)  используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока. С выхода фильтра постоянное напряжение ud  поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На  рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение. 

В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения ud  в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение uи изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается  в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя.  Амплитуда и частота напряжения  определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции.

При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц)  обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора. При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

  Частотные преобразователи используются:

1. системах водо-теплоснабжения, вентиляционных установках, дымососах;
2. смесителях, прессах, экструдерах, грануляторах, дробилках, кутерах, диссольверах;
3. приводах рольгангов, прокатных станов, кранов, линий производства труб, проволоки;
4. производстве лакокрасочных материалов, пленки, картона, бумаги, нити, линолеума;
5. станочном, камнеобрабатывающем, буровом, золотодобывающем оборудовании;
6. лифтовых станциях, ветрогенераторах, в судовых подруливающих устройствах;
7. при замене привода постоянного тока на привод с асинхронным двигателем.

Опыт применения преобразователей частоты в водопроводном хозяйстве позволил сделать следующие выводы:

1. Применение преобразователей частоты целесообразно, так как резко снижается возможность выхода насосов из строя при проблемах с электроснабжением. Преобразователь имеет несколько степеней защиты по тепловым и перегрузочным характеристикам. При этом не требуется замена стандартного электродвигателя, что особенно актуально при реконструкции объектов ЖКХ.

2. Преобразователь частоты позволяет производить забор воды из скважин более равномерно, то есть эксплуатировать скважины в «щадящем» режиме, что в конечном итоге продлевает срок их службы.

3. В большинстве случаев при использовании преобразователей достигается значительная экономия электроэнергии 30-60%.

4. В подавляющем большинстве случаев автоматическое регулирование напора в водопроводных сетях с помощью преобразователя частоты позволяет отказаться от содержания оператора для ручного включения и выключения насоса, а обслуживание преобразователя сводится к ежемесячному осмотру и удалению пыли с этого оборудования.

5. В замкнутой системе преобразователь отслеживает малейшие изменения расхода воды и точно поддерживает заданное давление. Эксплуатация водопроводных сетей с равномерным, регулируемым давлением продлевает срок их службы и уменьшает затраты на устранение утечек.

6. Повышается качество воды за счет точного выдерживания технологии водоочистки. И есть еще один положительный момент: в водонапорной башне образуется со временем отстой и когда происходит всплеск качество воды резко падает, а с преобразователем частоты поступает стабильно чистая вода.

7. До 10-15% снижается расход воды в системах водоснабжения и водоочистки.

8. Продлевается срок службы технологического оборудования и электрических двигателей, исключаются пиковые нагрузки на питающие электросети.

9. Снижаются трудозатраты и энергоемкость производства, повышается уровень безопасности производства и экологической обстановки.

10. Преобразователь частоты позволяет в определенных случаях отказаться от применения на водопроводах водоразборных башен, стоимость, монтаж и эксплуатация которых значительно выше, чем преобразователей. Для этого необходимо, чтобы дебит водоисточника и производительность насосов соответствовали максимальному водоразбору.

При подборе мощности преобразователя частоты для определенного насоса нужно придерживаться следующей рекомендации: мощность преобразователя для консольного насоса должна быть не менее мощности двигателя самого насоса, а для погружных глубинных насосов мощность преобразователя должна быть минимум в полтора раза больше мощности двигателя насоса - иначе возникнут трудности с пуском.