12 полезных сведений о преобразователях частоты

1. Основные узлы преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из четырёх основных частей: выпрямителя, промежуточного звена постоянного тока, инвертора и цепи управления. Выпрямитель преобразует сетевой переменный ток в постоянный, промежуточное звено сглаживает и накапливает постоянное напряжение, а инвертор по командам цепи управления формирует на выходе переменный ток с регулируемыми частотой и напряжением.

2. Различия между преобразователями с источником напряжения и источником тока

По построению главной цепи преобразователи частоты делятся на два класса — с источником напряжения и с источником тока. В преобразователе с источником напряжения фильтрующим элементом звена постоянного тока служит конденсатор, то есть источник напряжения; в преобразователе с источником тока — реактор (дроссель), то есть источник тока. Они применяются в разных условиях, и выбор определяется характером нагрузки.

3. Почему напряжение и частоту преобразователя частоты нужно изменять пропорционально?

Электромагнитный момент любого электродвигателя является результатом взаимодействия тока и магнитного потока. Из формулы E = 4.44 × K × F × N × Φ видно, что при частотном регулировании магнитная цепь работает в широком диапазоне частот и легко входит в глубокое насыщение, что искажает форму тока намагничивания и вызывает пиковые токи. Поэтому при изменении частоты необходимо пропорционально регулировать выходное напряжение, удерживая магнитный поток постоянным и не допуская ослабления поля или насыщения. Такое управление V/f применяется преимущественно для энергосберегающих нагрузок — вентиляторов и насосов.

4. К выходу преобразователя частоты запрещается подключать конденсаторы

К выходу преобразователя частоты нельзя подключать конденсаторы, а также однофазные электродвигатели с конденсаторным пуском. Причина в том, что преобразователь формирует на выходе сигнал с широтно-импульсной модуляцией (PWM): конденсатор вызывает чрезмерный зарядный ток, приводит к отключению по перегрузке по току и даже может повредить инверторный модуль.

5. Преобразователь частоты нельзя использовать для привода однофазных электродвигателей

Преобразователь частоты практически неприменим для привода однофазного электродвигателя. У однофазных электродвигателей с пуском от регулировочного выключателя ниже диапазона регулирования перегорает вспомогательная обмотка; у электродвигателей с конденсаторным пуском или конденсаторным рабочим режимом возможен взрыв конденсатора. Питание преобразователя частоты, как правило, трёхфазное; лишь отдельные модели малой мощности рассчитаны на однофазную сеть.

6. Преобразователь частоты нельзя использовать напрямую как источник питания переменной частоты

Источник питания переменной частоты формирует чистый синусоидальный сигнал и способен выдавать напряжение и частоту сети любой страны, тогда как преобразователь частоты (корректное название — частотно-регулируемый привод) выдаёт импульсные прямоугольные сигналы с большим содержанием гармоник, причём напряжение и частота должны изменяться пропорционально и одновременно и не могут регулироваться по отдельности. Поэтому преобразователь частоты принципиально не может служить источником питания и предназначен только для регулирования скорости трёхфазных асинхронных электродвигателей.

7. Преобразователь частоты выбирают по току электродвигателя

Основным критерием выбора преобразователя частоты служит номинальный ток электродвигателя, а номинальная мощность учитывается лишь как справочная величина. При переводе сетевого электродвигателя на частотный привод ток возрастает на 10–15 %, а нагрев — примерно на 20–25 %. Привод высокоскоростных электродвигателей сопровождается большим содержанием высших гармоник и увеличением выходного тока, поэтому выбирают преобразователь на один типоразмер больше, чем для обычного электродвигателя.

8. Сигнальные и силовые кабели необходимо прокладывать раздельно

Для сигнальных и управляющих цепей следует применять экранированный кабель для защиты от помех. При большой длине линии (более 100 м) сечение проводников следует увеличить. Сигнальные и управляющие кабели нельзя прокладывать в одном кабельном канале или лотке с силовыми, чтобы исключить взаимные помехи; предпочтительна прокладка в трубах. Для передачи сигналов предпочтительны токовые сигналы (например, 4–20 мА), поскольку они слабо затухают и устойчивы к помехам.

9. Принцип задания времени разгона и замедления

Время разгона — это время нарастания выходной частоты от 0 до максимальной, а время замедления — время снижения частоты от максимальной до 0. При разгоне необходимо ограничивать скорость нарастания частоты, чтобы не допустить перегрузки по току, а при замедлении — скорость снижения частоты, чтобы не допустить перенапряжения. При наладке обычно сначала задают увеличенное время разгона и замедления, наблюдают при пусках и остановах за отсутствием аварийных сигналов по току и напряжению, затем постепенно сокращают время и подбирают оптимальное значение по принципу отсутствия аварийных сигналов.

10. Скрытая опасность минимальной рабочей частоты

При длительной работе электродвигателя на низкой частоте вращения его охлаждение резко ухудшается, что приводит к перегреву и даже выходу из строя. Одновременно на низких скоростях возрастает ток в кабеле, вызывая его нагрев. Поэтому необходимо правильно задавать минимальную рабочую частоту, не допуская длительной работы электродвигателя на слишком низких оборотах.

11. Функция пропуска частот для обхода резонансных точек

На некоторых частотах возможен резонанс электродвигателя и оборудования. Функция пропуска частот позволяет миновать эти резонансные точки и защитить механическое оборудование. При управлении компрессором также следует обходить точку помпажа.

12. Защитные функции преобразователя частоты

Защитные функции преобразователя частоты делятся на две группы:

• Автоматическая коррекция: например, предотвращение срыва по току и предотвращение срыва при рекуперативном перенапряжении — после обнаружения отклонения система автоматически выполняет корректирующее действие.

• Аварийный останов: например, отключение по току, отключение при рекуперативном перенапряжении, защита от перегрева вентилятора охлаждения, защита от кратковременного пропадания питания и др. — после обнаружения отклонения сигналы PWM блокируются, и электродвигатель автоматически останавливается.

При подключении нагрузки через муфту мгновенный бросок тока вызывает отключение преобразователя частоты по перегрузке по току; при подключении к преобразователю электродвигателя с конденсаторами компенсации коэффициента мощности зарядный ток конденсаторов также вызывает отключение по току, поэтому конденсаторы необходимо демонтировать.