Що робить перетворювач. Частотний перетворювач для електродвигуна: схема

25.10.2023

Перетворювачі напруги широко використовуються як у побуті, так і на виробництві. Для виробництва та промисловості найчастіше виготовляються на індивідуальне замовлення, адже там потрібен потужний перетворювач і не завжди з напругою стандартної величини. Стандартні величини вихідних та вхідних параметрів застосовуються найчастіше в побутових умовах. Тобто перетворювач напруги - це електронний пристрій, який призначений для зміни виду електроенергії, її величини або частоти.

За своєю функціональністю вони поділяються на:

Знижувальні;
Підвищують;
Безтрансформаторні;
Інверторні;
Регульовані з налаштуванням частоти та величини вихідної змінної напруги;
Регульовані з налаштуванням величини постійної вихідної напруги.

Деякі з них можуть виконуватися в спеціальному герметичному виконанні, такі типи пристроїв використовуються для вологих приміщень, або взагалі для установки під водою.

Отже, що ж собою представляє кожен вид.

Високовольтний перетворювач напруги

Такий електронний пристрій, призначений для отримання змінної або постійної високої напруги (до декількох тисяч вольт). Наприклад, такі пристрої застосовуються для отримання високовольтної енергії на кінескопи телевізорів, а також для лабораторних досліджень та перевірки електрообладнання напругою, підвищеною в кілька разів. Кабелі або силові ланцюги масляних вимикачів, розрахованих на напругу 6 кВ, відчувають напругою 30 кВ і вище, правда, така величина напруги не має високої потужності, і при пробої відразу ж відключається. Ці перетворювачі досить компактні, адже їх доводиться переносити персоналу від однієї підстанції до іншої, найчастіше вручну. Потрібно зауважити, що всі лабораторні блоки живлення та перетворювачі мають майже еталонну, точну напругу.

Простіші високовольтні перетворювачі застосовуються для запуску люмінесцентних ламп. Сильно підвищити імпульс до потрібного можна за рахунок стартера і дроселя, які можуть мати електронну або електромеханічну основу.

Промислові установки, що виконують перетворення нижчої напруги у високу, мають безліч захистів і виконуються на трансформаторах, що підвищують (ПТН). Ось одна з таких схем, що дає на виході від 8 до 16 тисяч Вольт, при цьому для його роботи необхідно всього близько 50 В.

Через те, що в обмотках трансформаторів виробляється і протікає досить висока напруга, то й до ізоляції цих обмоток, а також її якості пред'являються високі вимоги. Для того щоб усунути можливість появи розрядів, що коронують, деталі високовольтного випрямляча повинні бути припаяні до плати акуратно, без задирок і гострих кутів, після чого залиті з обох сторін епоксидною смолою або шаром парафіну товщиною 2...3 мм, що забезпечує ізоляцію один від одного. Іноді дані електронні системи та пристрої називають підвищуючий перетворювач напруги.

Наступна схема є лінійний резонансний перетворювач напруги, який працює в режимі підвищення. Він заснований на розподілі функцій підвищення U та його чіткої стабілізації в абсолютно різних каскадах.

При цьому деякі інверторні блоки можна змусити працювати з мінімальними втратами на силових ключах, а також випрямленим мостом, де з'являється високовольтна напруга.

Перетворювач напруги для дому

З перетворювачами напруги для дому звичайна людина стикається дуже часто, адже багато пристроїв мають блок живлення. Найчастіше це знижувальні перетворювачі, що мають гальванічну розв'язку. Наприклад, зарядні пристрої мобільних телефонів і ноутбуків, персональні стаціонарні комп'ютери, радіоприймачі, стереосистеми, різні медіапрогравачі і цей перелік можна продовжувати дуже довго, оскільки їхня різноманітність та застосування в побуті останнім часом дуже широко.

Безперебійні блоки живлення мають накопичувачі енергії у вигляді акумуляторів. Такі пристрої застосовуються для підтримки працездатності системи опалення, під час несподіваного відключення електроенергії. Іноді перетворювачі для дому можуть бути виконані за інверторною схемою, тобто підключивши його до джерела постійного струму (акумулятора), що працює за рахунок хімічної реакції можна отримати на виході звичайну змінну напругу, величина якого 220 Вольт. Особливістю даних схем є можливість одержати на виході чистий синусоїдальний сигнал.

Однією з дуже важливих характеристик, що застосовуються в побуті перетворювачів, є стабільна величини сигналу на виході пристрою, незалежно від того, скільки вольт подається на його вхід. Ця функціональна особливість блоків живлення пов'язана з тим, що для стабільної та тривалої роботи мікросхем та інших напівпровідникових пристроїв необхідно чітко нормовану напругу, та ще й без пульсацій.

Основними критеріями вибору перетворювача для будинку чи квартири є:

Потужність;
Величина вхідної та вихідної напруги;
Можливість стабілізації та її межі;
Розмір струму на навантаженні;
Мінімізація нагріву, тобто краще, щоб перетворювач працював у режимі із запасом по потужності;
Вентиляція пристрою може бути природна або примусова;
Гарна шумоізоляція;
Наявність захистів від перевантажень та перегріву.

Вибір перетворювача напруги справа не проста, адже від правильно обраного перетворювача залежить і робота пристрою, що живиться.

Безтрансформаторні перетворювачі напруги

Останнім часом вони стали дуже популярними, так як на їх виготовлення, а зокрема, виробництво трансформаторів, потрібно витрачати чималі кошти, адже їх обмотка виконується з кольорового металу, ціна на який постійно зростає. Основна перевага таких перетворювачів – це, звичайно ж, ціна. Серед негативних сторін є одне істотно відмінне його від трансформаторних блоків живлення та перетворювачів. В результаті пробою одного чи кількох напівпровідникових приладів, вся вихідна енергія може потрапити на клеми споживача, а це обов'язково виведе його з ладу. Ось найпростіший перетворювач змінної напруги на постійне. Роль регулюючого елемента грає тиристор.

Простіше справи з перетворювачами, в яких відсутні трансформатори, але працюють на основі і в режимі апарату, що підвищує напругу. Тут навіть при виході одного або декількох елементів на навантаженні не з'явиться небезпечної згубної енергії.

Перетворювачі постійної напруги

Перетворювач змінної напруги в постійне є часто використовуваним видом пристрою цього типу. У побуті це всілякі блоки живлення, а на виробництві та в промисловості це пристрої живлення:

Усіх напівпровідникових схем;
Обмоток збудження синхронних двигунів та двигунів постійного струму;
Котушок соленоїдів масляних вимикачів;
Оперативних ланцюгів та ланцюгів відключення там, де котушки вимагають постійного струму.

Тиристорний перетворювач напруги - це апарат, що найчастіше застосовується для цих цілей. Особливістю цих пристроїв є повне, а не часткове, перетворення змінної напруги на постійне без будь-якого роду пульсацій. Потужний перетворювач напруги такого типу обов'язково повинен включати радіатори і вентилятори для охолодження, так як всі електронні деталі можуть працювати довго і безаварійно, тільки при робочих температурах.

Регульований перетворювач напруги

Ці пристрої спрямовані працювати як у режимі підвищення напруги, і у режимі зниження. Найчастіше це все-таки апарати, що виконують плавне регулювання величини вихідного сигналу, що нижче вхідного. Тобто на вхід подається 220 Вольт, а на виході отримуємо постійну регульовану величину, припустимо, від 2 до 30 вольт. Такі прилади з дуже тонким регулюванням застосовуються для перевірки стрілочних та цифрових приладів у лабораторіях. Дуже зручно, коли вони оснащені цифровим індикатором. Потрібно визнати, що кожен радіоаматор брав за основу своїх перших робіт саме цей вид, оскільки харчування для певної апаратури може бути різним за величиною, а це джерело живлення виходило дуже універсальним. Як створити якісний і працюючий довгий час перетворювач, ось основна проблема юних радіоаматорів.

Інверторний перетворювач напруги

Цей тип перетворювачів покладено основою інноваційних компактних зварювальних пристроїв. Отримуючи для живлення змінну напругу 220 Вольт, апарат випрямляє його, після чого знову робить його змінним, але вже з частотою кілька десятків тисяч Гц. Це дозволяє значно знизити габарити зварювального трансформатора, встановленого на виході.

Також інверторний спосіб застосовується для живлення опалювальних котлів від акумуляторів у разі несподіваного відключення електроенергії. За рахунок цього система продовжує працювати та отримує 220 вольт змінної напруги з 12 Вольт постійного. Потужний апарат такого призначення, що підвищує, повинен експлуатуватися від батареї великої ємності, від цього залежить як довго він буде постачати котел електроенергією. Тобто ємність у своїй грає ключову роль.

Високочастотний перетворювач напруги

За рахунок застосування підвищуючих перетворювачів з'являється можливість зменшення габаритів усіх електронних та електромагнітних елементів, з яких складаються схеми, а це означає знижується і вартість трансформаторів, котушок, конденсаторів тощо. систем, та й звичайних радіоприймачів, тому потрібно надійно екранувати їх корпуси. Розрахунок перетворювача та його перешкод має проводитися висококваліфікованим персоналом.

Що таке перетворювач опору у напругу?
Це особливий вид, який використовується тільки при виробництві та виготовленні вимірювальних приладів, зокрема омметрів. Адже основа омметра, тобто приладу вимірювального опору, виконана у вимірі падіння U та перетворенні його на стрілочні чи цифрові показники. Зазвичай виміри виконуються щодо постійного струму. Вимірювальний перетворювач - технічний засіб, який служить для перетворення вимірюваної величини в іншу величину або вимірювальний сигнал, зручний для обробки, зберігання, подальших перетворень, індикації, а також передачі. Він входить до складу якогось вимірювального приладу.

Перетворювач струму в напругу

Найчастіше все електронні схеми необхідні обробки сигналів, представлених як напруги. Однак іноді доводиться мати справу із сигналом у вигляді струму. Такі сигнали виникають, наприклад, на виході фоторезистора чи фотодіода. Тоді бажано за першої ж можливості перетворити струмовий сигнал на напругу. Перетворювачі напруги струм застосовуються у разі, коли струм у навантаженні повинен бути пропорційний вхідному U і не залежати від R навантаження. Зокрема, при постійному вхідному U струм навантаження також буде постійним, тому такі перетворювачі іноді умовно називають стабілізаторами струму.

Ремонт перетворювача напруги

Ремонт цих пристроїв для перетворення одного виду напруги в інший краще проводити в сервісних центрах, де персонал має високу кваліфікацію і згодом надасть гарантії виконаних робіт. Найчастіше будь-які сучасні якісні перетворювачі складаються з кількох сотень електронних деталей і якщо немає згорілих елементів, то знайти поломку і усунути її буде дуже складно. Деякі китайські недорогі пристрої даного типу, взагалі, в принципі позбавлені можливості їх ремонту, чого не можна сказати про вітчизняних виробників. Так може вони трохи громіздкі і не компактні, зате підлягають ремонту, так як багато їх деталей можна замінити на аналогічні.

Для перетворення постійного струму змінний застосовують спеціальні електронні силові пристрої, звані інверторами. Найчастіше інвертор перетворює постійну напругу однієї величини змінну напругу іншої величини.

Таким чином, інвертор - це генератор напруги, що періодично змінюється, при цьому форма напруги може бути синусоїдальної, наближеною до синусоїдальної або імпульсної. Інвертори застосовують як самостійні пристрої, так і в складі систем безперебійного електропостачання (UPS).

У складі джерел безперебійного живлення (ДБЖ) інвертори дозволяють, наприклад, отримати безперервне електропостачання комп'ютерних систем, і якщо в мережі напруга раптово пропаде, то інвертор миттєво почне живити комп'ютер енергією, що отримується від резервного акумулятора. Принаймні користувач встигне коректно завершити роботу та вимкнути комп'ютер.

У великих пристроях безперебійного електропостачання застосовуються потужніші інвертори з акумуляторами значної ємності, здатні автономно живити споживачі годинами, незалежно від мережі, а коли мережа знову повернеться в нормальний стан, ДБЖ автоматично переключить споживачі безпосередньо до мережі, а акумулятори почнуть заряджатися.

Технічний бік

У сучасних технологіях перетворення електроенергії інвертор може виступати лише проміжною ланкою, де його функція - перетворити напругу шляхом трансформації на високій частоті (десятки та сотні кілогерців). Благо, на сьогоднішній день вирішити таке завдання можна легко, адже для розробки та конструювання інверторів доступні як напівпровідникові ключі, здатні витримувати струми в сотні ампер, так і магнітопроводи необхідних параметрів, та спеціально розроблені для інверторів електронні мікроконтролери (включаючи резонансні).

Вимоги до інверторів, як і до інших силових пристроїв, включають: високий ККД, надійність, якомога менші габаритні розміри та вага. Також необхідно, щоб інвертор витримував допустимий рівень вищих гармонік у вхідній напрузі, і не створював неприйнятно сильних імпульсних перешкод споживачам.

У системах із «зеленими» джерелами електроенергії (сонячні батареї, вітряки) для подачі електроенергії безпосередньо в загальну мережу застосовують Grid-tie – інвертори, здатні працювати синхронно з промисловою мережею.

У процесі роботи інвертора напруги джерело постійної напруги періодично підключається до ланцюга навантаження з чергуванням полярності, при цьому частота підключень і їх тривалість формується сигналом, що управляє, який надходить від контролера.

Контролер в інвертор зазвичай виконує кілька функцій: регулювання вихідної напруги, синхронізація роботи напівпровідникових ключів, захист схеми від навантаження. Принципово інвертори поділяються на: автономні інвертори (інвертори струму та інвертори напруги) та залежні інвертори (відомі мережею, Grid-tie і т.д.)

Схемотехніка інверторів

Напівпровідникові ключі інвертора управляються контролером, мають зворотні шунтуючі діоди. Напруга на виході інвертора, залежно від поточної потужності навантаження, регулюється автоматичною зміною ширини імпульсу в блоці перетворювача високочастотного, в найпростішому випадку це .

Напівхвилі вихідної низькочастотної напруги повинні бути симетричними, щоб ланцюги навантаження в жодному разі не отримали значної постійної складової (для трансформаторів це особливо небезпечно), для цього ширина імпульсу НЧ-блоку (у найпростішому випадку) стає постійною.

В управлінні вихідними ключами інвертора застосовується алгоритм, що забезпечує послідовну зміну структур силового ланцюга: пряма, короткозамкнена, інверсна.

Так чи інакше, величина миттєвої потужності навантаження на виході інвертора має характер пульсацій з подвоєною частотою, тому первинне джерело має допускати такий режим роботи, коли через нього течуть пульсуючі струми і витримувати відповідний рівень перешкод (на вході інвертора).

Якщо перші інвертори були виключно механічними, то сьогодні є безліч варіантів схем інверторів на напівпровідниковій базі, а типових схем лише три: бруківка без трансформатора, двотактна з нульовим виведенням трансформатора, бруківка з трансформатором.

Мостова схема без трансформатора зустрічається в пристроях безперебійного живлення потужністю від 500 ВА та автомобільних інверторах. Двотактна схема з нульовим виведенням трансформатора використовується в малопотужних ДБЖ (для комп'ютерів) потужністю до 500 ВА, де напруга на резервному акумуляторі становить 12 або 24 вольти. Мостова схема з трансформатором застосовується у потужних джерелах безперебійного живлення (на одиниці та десятки кВА).

В інверторах напруги з прямокутною формою на виході група ключів зі зворотними діодами комутується так, щоб отримати на навантаженні змінну напругу і забезпечити контрольований режим циркуляції в ланцюгу .

За пропорційність вихідної напруги відповідають: відносна тривалість управляючих імпульсів чи зсув фаз між сигналами управління групами ключів. У неконтрольованому режимі циркуляції реактивної енергії споживач впливає на форму і величину напруги на виході інвертора.

В інверторах напруги зі ступінчастою формою на виході, попередній високочастотний перетворювач формує однополярну ступінчасту ступову напругу, грубо наближену за своєю формою до синусоїди, період якої дорівнює половині періоду вихідної напруги. Потім бруківка НЧ-схема перетворює однополярну ступінчасту криву у дві половинки різнополярної кривої, що грубо нагадує формою синусоїду.

В інверторах напруги з синусоїдальної (або майже синусоїдальної) формою на виході попередній високочастотний перетворювач генерує постійну напругу близьку за величиною до амплітуди майбутньої синусоїди на виході.

Після цього бруківка схема формує з постійної напруги змінне низької частоти, шляхом багаторазової ШІМ, коли кожна пара транзисторів на кожному напівперіоді формування вихідної синусоїди відкривається кілька разів на час, що змінюється за гармонічним законом. Потім НЧ-фільтр виділяє із отриманої форми синус.

Найпростіші схеми попереднього високочастотного перетворення інверторах є автогенераторными. Вони досить прості щодо технічної реалізації і досить ефективні на малих потужностях (до 10-20 Вт) для живлення навантажень не критичних до процесу подачі енергії. Частота автогенераторів трохи більше 10 кГц.

Позитивний зворотний зв'язок у таких пристроях виходить від насичення магнітопроводу трансформатора. Але для потужних інверторів такі схеми не прийнятні, оскільки втрати у ключах зростають, і ККД виходить у результаті низьким. Тим більше, будь-яке КЗ на виході зриває автоколивання.

Більш якісні схеми попередніх високочастотних перетворювачів - це зворотноходові (до 150 Вт), двотактні (до 500 Вт), напівмостові та мостові (більше 500 Вт) на ШІМ контролерах, де частота перетворення досягає сотень кілогерців.

Типи інверторів, режими роботи

Однофазні інвертори напруги поділяються на дві групи: з чистим синусом на виході та з модифікованою синусоїдою. Більшість сучасних приладів допускають спрощену форму мережного сигналу (модифіковану синусоїду).

Чиста синусоїда важлива для приладів, у яких на вході є електродвигун або трансформатор, або якщо це спеціальний пристрій, що працює тільки з чистою синусоїдою на вході.

Трифазні інвертори зазвичай використовуються для створення трифазного струму для електродвигунів, наприклад, для живлення. При цьому обмотки двигуна підключаються безпосередньо до виходу інвертора. По потужності інвертор вибирають виходячи з пікового значення для споживача.

Взагалі, існує три робочі режими інвертора: пусковий, тривалий та режим перевантаження. У пусковому режимі (заряд ємності, запуск холодильника) потужність може на долю секунди вдвічі перевищити номінал інвертора, це допустимо для більшості моделей. Тривалий режим – відповідний номіналу інвертора. Режим перевантаження – коли потужність споживача в 1,3 рази перевищує номінал – у такому режимі середній інвертор може працювати приблизно півгодини.

Частотні перетворювачі – це технічні пристрої, що перетворюють вхідні параметри мережі у вихідні на різних частотах. Сучасні інвертори змінного струму мають широкий частотний діапазон.

Асинхронний перетворювач частоти призначений перетворення мережного 3-х чи 1-но фазного змінного струму f 50 Гц в 3-х фазний чи 1-но фазний, f 1 ̴̴ 800 Гц.

Виробниками випускаються електро-індукційні частотники, що є конструктивом:

асинхронний електродвигун;
інвертори.

Частотники найчастіше використовуються для плавного регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна (АТ) за рахунок формування на виході частотника заданих параметрів мережі. У найпростіших випадках регулювання f і U виконується з відповідною залежністю V/f, більш наворочених інверторах реалізується як векторне управління.

Класифікація перетворювачів частоти

За типом напруги живлення перетворювачі частоти діляться на різновиди:

однофазні;
трифазні;
Високовольтні апарати.

Основне завдання перетворювача частоти можна сформулювати наступним чином: переведення робочого процесу на економічний режим за допомогою управління швидкістю та моментом двигуна, згідно з заданими технічними параметрами та характером навантаження.

При цьому цифровий дисплей приладу показує такі параметри роботи системи, як:

величина I та U двигуна;
вихідні значення частоти, швидкості, потужності та моменту (f, v, Р та М);
відображення стану дискретних входів для регулювання швидкості обертання валу АТ та дистанційного керування системою;
тривалість роботи найчастішого перетворювача.

За сферою використання типи інвертори бувають:

промислового призначення потужністю до 315 квт;
ПЧ із векторним керуванням потужністю до 500 кВт;
для керування механізмами з насосно-вентиляторним типом навантаження (Р 15 - 315 кВт);
та інших підйомних конструкцій;
для застосування в умовах вибухонебезпечності;
встановлювані ЧРП на електродвигун.

Структура частотного перетворювача

Структура сучасного ПЧ вибудовується за принципом перетворення енергії і включає силову і керуючу складову. Перша, зазвичай, виконується на тиристорах чи транзисторах, яким відводиться роль електроключів. Керуючий блок реалізується на процесорах. За допомогою ключів розмикаючий та замикаючий ланцюги він дозволяє блискавично вирішувати безліч завдань з діагностики, захисту, контролю.

За принципом роботи частотні перетворювачі бувають двох типів:

з наявністю проміжної ланки постійного струму;
з безпосереднім зв'язком.

Всім їм притаманне низка переваг та недоліків, що зумовлюють сферу ефективного використання кожного з них.

Безпосередні частотні перетворювачі

Вони належать до найбільш ранніх апаратів зі спрощеною силовою частиною, що є випрямлячем на тиристорах.

Система управління по черзі відмикає групові тиристори та підключає обмотки електродвигуна до мережі живлення. Безпосередні – це реверсивний тиристорний частотник. Основна його перевага полягає в тому, що він підключається безпосередньо до мережі без додаткових пристроїв.

Таким манером виходить, що U вих частотника утворюється з усічених відрізків синусоїд U вих. На малюнку наведено приклад сформованого U вих для однієї з фаз навантаження. На вхід тиристорів подається 3-х фазне синусоїдальні складові Uа, Uв, Uс. Напруга U вих є несинусоїдальною «пилкоподібною» формою, яка в апроксимованому вигляді виглядає як синусоїда (жирна крива). На кресленні показано, що частота U вих може бути рівної чи перевищувати частоту мережі питания. Тому і невеликий діапазон управління частоти обертання електродвигуна (менше 1: 10). Обмежувальні межі не дають можливість використовувати подібні до наворочених ЧРП. Останні розраховані на широкий діапазон регулювання показників.

Застосування тиристорів більшою мірою ускладнює систему управління, і тому вартість перетворювача частоти збільшується.

Вихідна «усічена» синусоїда частотника – це джерело високочастотних гармонік, що викликають додаткові втрати в електродвигуні, перегрівання електромашини, зменшення моменту, шуми, що заважають роботі, в мережі живлення. Використання компенсуючих пристроїв підвищує ціну, масу, розміри, знижує ККД усієї системи.

Тим не менш, безпосередні радують користувачів своїми певними перевагами. До них відносяться:

досить великий ККД, що досягається одним перетворенням електроенергії;
робота в різних режимах, включаючи рекуперацію енергії в мережу;
надійність, відносна дешевизна, повна керованість та зручність;
наявність можливості необмеженого нарощування потужності системи;

Такі схеми використовуються в електроприводах випуску минулих років. У нових конструкціях вони практично не розробляються.

Частотні перетворювачі зі ланкою постійного струму

Це пристрої, виконані за транзисторною чи тиристорною схемою. Однак їх основна відмінність полягає в тому, що коректна і безпечна робота частотника вимагає наявності ланки постійної напруги. Тому для підключення їх до промислової мережі потрібний випрямляч. Зазвичай застосовуються комплектне обладнання, що складається з частотного перетворювача і випрямляча, регульовані від однієї системи управління.

У ПЧ цієї групи застосовується двоступінчасте перетворення електроенергії: синусоїдальне U вх з f = const виправляється у випрямлячі (В), фільтрується (Ф), розгладжується, і далі заново перетворюється інвертором (І) в U ̴. Зважаючи на двоступінчасте перетворення електроенергії знижується ККД і дещо погіршуються масогабаритні показники порівняно з безпосереднім зв'язком.

Для створення синусоїдального U - самоврядні . Як ключову базу в них використовуються вдосконалена тиристорна та транзисторна основа.

Основною перевагою тиристорної перетворювальної апаратури вважається можливість оперуватися з великими параметрами мережі, з витримуванням при цьому тривалого навантаження та імпульсних впливів. Апарати мають більш високий ККД.

Частотні перетворювачі на тиристорах сьогодні перевищують інші високовольтні приводи, потужність яких обчислюється десятками МВТ з U вих від 3до 10 кВ і більше. Однак і ціна на них, відповідно, найбільша.

Переваги:

найбільший ККД;
можливість використання у потужних приводах;
прийнятна ціна, незважаючи на використання додаткових елементів.

Принцип дії перетворювача частоти

Першооснову приводу визначає інвертор подвійного перетворення. Принцип дії полягає в тому, щоб:

вхідний змінний токсинусоідального типу 380 або 220В випрямляється блоком діодів;
потім фільтрується за допомогою конденсаторів для мінімізації пульсації напруги;
далі напруга подається на мікросхеми та мости транзисторів, що створюють з нього 3-х фазну хвилюс встановленими параметрами;
на виході прямокутні імпульси перетворюються на синусоїдальну напругу.

Як підключити та налаштувати перетворювач частоти?

Загальна схема підключення асинхронного електродвигуна із застосуванням частотного перетворювача в принципі не складна, тому що все основне розведення полягає в корпусах приладів. Для технаря, який володіє практикою, розібратися в ній не складно. У схемі місце для перетворювача виділяється відразу після автоматичного вимикача з номінальним струмом, що дорівнює номіналу електричного двигуна. При монтажі перетворювача в 3-х фазну мережу необхідно задіяти триполюсний автомат, що має загальний важіль. При навантаженні це дозволить миттєво відключити всі фази від мережі електропостачання. Струм спрацьовування повинен дорівнювати струму однієї фази електродвигуна. При однофазному живленні слід вибирати автоматичний вимикач, з потрійним значенням струму однієї фази.

У всіх випадках монтаж інвертора повинен здійснюватися з включенням автоматичних вимикачів у розрив нульового або заземлюючого дроту.

Практично налаштовувати частотний перетворювач - це означає, проводити підключення жил кабелю до видимих контактів електричного двигуна. Конкретне з'єднання визначено характером напруги, що виробляється безпосередньо перетворювачем частоти. Для 3-х фазних мереж на промислових об'єктах електродвигун приєднується "зіркою" - цією схемою мається на увазі паралельне приєднання проводів обмоток. Для побутового застосування в однофазних мережах застосовується схема трикутник (де U вих не перевищує U ном більше ніж на 50%).

Пульт управління необхідно розташовувати там, де буде комфортно користуватися. Схема підключення пульта зазвичай відображена в інструкції користувача до частотного перетворювача. Перед встановленням, до подачі електроживлення, важіль потрібно перевести в положення «вимкнено». Після цього повинна загорітися відповідна індикаторна лампочка. За промовчанням для запуску апарата потрібно натиснути клавішу RUN. Для плавного нарощування оборотів електродвигуна потрібно поспішаючи повернути рукоятку пульта. При зворотному обертанні необхідно повторно встановити режим за допомогою кнопки реверсу. Зараз вже можна буде перевести рукоятку в робоче положення та встановити необхідну швидкість обертання. Варто зауважити, що на пультах окремих ПЧ, що управляють, вказується не механічна частота обертання, а частота напруги живлення.

Заради чого потрібний перетворювач частоти?

Застосування засувок та регулюючих клапанів у виробництві поступово відходить у минуле. Асинхронні двигуни, що прийшли їм на заміну, вигідно відрізняються високою продуктивністю і потужністю, але також не позбавлені характерних недоліків. Наприклад, контроль за швидкістю обертання ротора вимагає оснащення додатковими елементами. Пускові струми перевищують номінальні до семи разів. Таке ударне навантаження відбивається на термін служби агрегату.

Високоекономічне функціонування насосів ґрунтується на постійному регулюванні таких технічних показників як температура, тиск та витрата води. та вентиляторів потребує регулювання температурного режиму, тиску повітря та розрідженості газів. Економічність використання верстатів передбачається регулюванням швидкості обертання двигуна. У конвеєрній специфіці роботи важливою особливістю є продуктивність. Спеціальні частотні агрегати призначені для вирішення таких завдань.

Для фірми та підприємств приватні перетворювачі необхідні у плані:

економії енергетичних ресурсів;
довгостроковості служби механічної та електричної частини технологічного обладнання;
зменшення грошових витрат за планові ремонтно-попереджувальні процедури;
ведення оперативного управління, принципового контролю за технічними параметрами тощо.

Підвищує технічну ефективність виробництва ще й рахунок вивільнення деякого устаткування.

Де використовуються частотні перетворювачі?

Апаратура широко застосовується в промислових та пристроях, де необхідна зміна швидкості обертання двигуна, заходи боротьби з амплітудними пусковими струмами або коригування в регулюючих деталях (комбінації елементарних перетворювачів з використанням зворотного зв'язку) тощо. Розглянемо їх застосування в міру затребуваності:

Насоси. Оскільки споживається потужність, пропорційна, як відомо, кубу швидкості обертання, то використання дозволяє заощадити споживання електроенергії до 60%, порівняно з методом регулювання потужності за допомогою заслінок на трубі. Річне використання частотного перетворювача окупає всі витрати на його придбання. Апарати дозволяють також:

знижувати теплові та водні втрати на 5 - 10%,
зменшувати кількість аварій на трубопроводах;
забезпечити повноцінний захист електричного двигуна.

Додатковою перевагою є вирішення проблеми з гідроударами: ПЧ, що працюють, згладжують пуск/зупинку насоса. На модернізованих насосних станціях налагоджено системи, що дозволяють без необхідності встановлення контролера.

Вентилятори. Все, вищесказане для насосів, повною мірою стосується і вентиляторів. Що стосується економії споживання електрики, вона тут ще значніша, оскільки з метою прямого пуску великих вентиляторів найчастіше використовуються потужніші рухові агрегати. Удосконалення технологічних установок призводить до підвищення рентабельності виробництва. Економічність досягається і рахунок зменшення втрат холостого ходу.

Транспортери. Адаптація швидкості переміщення до швидкості технологічної системи, яка є постійною величиною. Плавний запуск значно збільшує ресурс механічної частини системи, оскільки ударні навантаження завдають шкоди технічному обладнанню.

Область використання перетворювачів частоти досить велика. Серед керованих типу невеликої потужності можна виділити також відцентрові насоси, компресори, центрифуги, повітродувки і т.д.

До загальнопромислової серії керованих ЧРП частотників середньої потужності відносяться двигуни у вентиляторах, димососах, системах водопостачання, змішувачах, дозаторах, виробничих лініях.

Важко уявити без векторного керування за допомогою перетворювачів ліфтове та інше підйомно-транспортне обладнання зі значними навантаженнями під час пуску/зупинки.

Використання ПЧ із зворотним зв'язком дозволяє забезпечити точність швидкості обертання, що стане запорукою покращення якості технологічного процесу та вирішення поставлених завдань. Відомі виробники мають ряд моделей, орієнтованих на робочий режим замкнутої системи. Техніка рекомендована для використання в деревообробній промисловості, робототехніці, системах точного позиціонування та ін.

Вся перерахована техніка може керуватися за допомогою перетворювачів з аналогово-цифровими входами/виходами для регулювання, дистанційним контролем та моніторингом послідовної лінії зв'язку.

Інші переваги частотників:

плавне регулювання швидкості обертання двигуна дає можливість не застосовувати редуктори, варіатори, дроселі та іншу регулюючу апаратуру, що робить структуру керування простіше, дешевше та суттєво надійніше;
частотники у складі з АТ можуть цілком використовуватись для заміни електроприводів постійного струму;
можливе створення функціональних систем управління приводами з урахуванням ПЧ з контролером;
модернізація технологічного конструктиву може здійснюватися без перерви у роботі.

Висновок

Варто зазначити, що в окремих випадках застосування сучасного управління виробництвом за допомогою частотних перетворювачів призводить до зниження не тільки енергоресурсів, а й втрат речовин, що транспортуються. У промислово-розвинених країнах практично неможливо знайти асинхронний електродвигун без перетворювача частоти.

Ми приблизно знаємо, як на сьогодні справи у нас, а ось що чекає нас у майбутньому? Дивлячись на ситуацію крізь призму користувача, передбачається розподіл перетворювачів частоти на дві частини: перша міститиме техніку, орієнтовану на користувача дилетанта і має мінімальну кількість налаштувань і максимум автоматичних, а в другу - прилади, що мають максимальну кількість налаштувань з великими можливостями і розраховані на застосування спеціалістами, здатними всі ці можливості використати.

Перетворювачі напруги є спеціальні пристрої, які у разі відсутності напруги в мережі перетворять постійний струм на змінний. Тобто з постійної акумуляторної батареї можна отримати змінний струм, що має напругу 220 вольт і частоту 50 герц.

Перетворювач напруги називають також. Для багатьох електричних пристроїв параметри електричного струму мають велике значення. У разі відхилення від встановлених параметрів можлива поломка електричних приладів та пристроїв. І якщо стрибки в мережі мають постійний характер, то крім інвертора застосовується .

Переваги перетворювачів напруги

Якщо порівнювати звичайний генератор і перетворювач, то останнє має ряд переваг:

Висока екологічність пристрою, оскільки електрична енергія для перетворення накопичується в акумуляторі. На відміну від генератора інвертор не виробляє шкідливих викидів в атмосферу;
Абсолютно безшумна робота інвертора дозволяє використовувати його не тільки в приватному будинку, як електрогенератор, а й у квартирі практично в будь-якому місці;
На відміну від електрогенератора, перетворювач струму не потребує частого технічного обслуговування, тобто не вимагає додаткових матеріальних витрат;
Час роботи повністю залежить від кількості палива та моторесурсу. Перетворювачі здатні самостійно підтримувати найвищий акумуляторний заряд, при необхідності можна завжди встановити додаткові акумуляторні батареї;
Інвертор, розрахований на 220 вольт, у разі зникнення напруги в мережі перемикається автоматично і не вимагає, щоб поряд з ним були присутні люди.

Використання перетворювачів напруги

Кому ж насамперед потрібні перетворювачі струму:

При необхідності збереження в робочому стані системи опалення, якщо відключається електрична мережа. Те саме стосується холодильників та комп'ютерів. Перетворювач як запобіжить вихід електротехніки з ладу, а й забезпечить її безперервну роботу;
Інвертор можна використовувати не тільки в приватному будинку або квартирі, але і в польових умовах, де при повній відсутності електроенергії він здатний замінити електрогенератор;
Перетворювач струму буває незамінним у лікарнях, особливо при проведенні операцій та в стоматологічних кабінетах;
Без інверторів не обійтися в магазинах, які торгують продовольчими товарами, а також на продуктових складах, де вихід з ладу холодильників може обійтися дуже дорого.

З цієї статті ви дізнаєтеся, що таке розгляньте його схему, принцип роботи, а також дізнаєтеся про налаштування промислових зразків. Основний упор буде зроблено на виготовлення Звичайно, для цього вам потрібно мати хоча б загальне уявлення про провідничну техніку. Починати необхідно з того, з якою метою використовуються перетворювачі частоти.

Коли виникає потреба у ПЛ

Сучасні перетворювачі частоти – це високотехнологічні пристрої, які складаються з елементів на основі напівпровідників. Крім того, є електронна система керування, побудована на мікроконтролері. З її допомогою проводиться керування всіма найважливішими параметрами електродвигуна. Зокрема, за допомогою перетворювача частоти можна змінювати швидкість обертання Виникає думка про те, щоб придбати частотний перетворювач для електродвигуна. Ціна такого пристрою для двигунів потужністю 0,75 кВт складе приблизно 5-7 тис. руб.

Варто зауважити, що змінити швидкість обертання можна за допомогою редуктора, побудованого на основі варіатора, або типу шестерні. Але такі конструкції дуже великі, застосовувати їх не завжди є можливість. До того ж, такі механізми необхідно своєчасно обслуговувати, а їх надійність вкрай мала. Застосування частотного перетворювача дозволяє зменшити витрати на обслуговування електричного приводу та збільшити його можливості.

Основні вузли частотного перетворювача

Будь-який перетворювач частоти складається з чотирьох основних модулів:

Блок випрямляча.
Пристрої фільтрації постійної напруги.
Інверторний вузл.
Мікропроцесорна система управління.

Усі вони взаємопов'язані, причому блок управління контролює роботу вихідного каскаду – інвертора. Саме з його допомогою здійснюється зміна вихідних характеристик змінного струму.

Про нього буде детально розказано нижче, наведено схему. Частотний перетворювач електродвигуна має ще кілька особливостей. Варто зазначити, що до складу пристрою входить кілька ступенів захисту, які також керуються мікроконтролерним пристроєм. Зокрема, проводиться контроль температури силових напівпровідникових елементів. Крім того, є функція захисту від короткого замикання та перевищення струму. Частотний перетворювач необхідно підключати до мережі живлення за допомогою захисних пристроїв. Необхідність відпадає.

Випрямляч перетворювача частоти

Це перший модуль, через який протікає струм. З його допомогою проводиться випрямлення змінного струму - перетворення на постійний. Це відбувається завдяки використанню таких елементів, як напівпровідникові діоди. Але тепер варто згадати про невелику особливість. Ви знаєте, що живлення здебільшого здійснюється від трифазної мережі змінного струму. Але не скрізь така є. Звичайно, на великих підприємствах вона є, але в побуті її рідко використовують, тому що простіше провести однофазну. Та й з урахуванням електроенергії справи простіші.

А перетворювачі частоти можуть харчуватися як від трифазної мережі, і від однофазної. У чому різниця? А вона несуттєва, у конструкції використовуються різні типи випрямлячів. Якщо йдеться про однофазний частотний перетворювач для електродвигуна, необхідно застосовувати схему на чотирьох напівпровідникових діодах, включених по мостовому типу. Але якщо є потреба живлення від трифазної мережі, слід вибрати іншу схему, що складається із шести напівпровідникових діодів. Два елементи у кожному плечі, в результаті ви отримаєте випрямлення змінного струму. На виході з'являться "плюс" та "мінус".

Фільтрування постійної напруги

На виході випрямляча ви маєте постійну напругу, але вона має великі пульсації, все ще проскакує змінна складова. Щоб згладити всі ці "нерівності" струму, вам потрібно використовувати як мінімум два елементи - котушку індуктивності та електролітичний конденсатор. Але про все варто розповісти детальніше.

Котушка індуктивності має велику кількість витків, вона має деяке що дозволяє трохи згладити пульсації струму, що протікає через неї. Другий елемент – конденсатор, включений між двома полюсами. Він має справді цікаві властивості. При протіканні постійного струму він за законом Кірхгофа замінятися повинен урвищем, тобто між плюсом і мінусом нічого немає. А ось при протіканні змінного – провідником, відрізком дроту без опору. Як було сказано вище, протікає постійний струм, але в ньому є невелика частка змінного. І вона замикається, внаслідок чого просто зникає.

Інверторний модуль

Інверторний вузол, якщо бути точним, найважливіший у всій конструкції. З його допомогою здійснюється зміна параметрів вихідного струму. Зокрема його частоти, напруги тощо. буд. Складається інвертор із шести керованих транзисторів. Для кожної фази два напівпровідникові елементи. Варто зазначити, що в інверторному каскаді використовуються сучасні збирання з IGBT-транзисторів. Хоча саморобний, хоч частотний перетворювач Delta, найбюджетніший і найдоступніший на сьогоднішній день, складаються з однакових вузлів. Можливості лише різні.

Вони мають три входи, стільки ж виходів, а також шість точок підключення до пристрою керування. Варто зазначити, що при самостійному виготовленні частотного перетворювача необхідно проводити вибір збірки за потужністю. Тому ви повинні відразу визначитися з тим, який тип електродвигуна підключатиметься до перетворювача частоти.

Мікропроцесорна система управління

При самостійному виготовленні навряд чи вдасться досягти тих параметрів, які є у промислових зразків. Причина цього криється зовсім не в тому, що складання силових транзисторів, що випускаються, є неефективними. Справа в тому, що в домашніх умовах виготовити модуль керування виявляється досить складно. Звичайно, йдеться не про паяння елементів, а про програмування мікроконтролерного пристрою. Найпростіший варіант - це виготовити блок управління, за допомогою якого можна проводити регулювання швидкості обертання, здійснення реверсу, захист струму і від перегріву.

Для зміни необхідно використовувати змінний опір, який підключається до порту введення мікроконтролера. Це пристрій, що подає сигнал мікросхемі. Остання аналізує рівень зміни напруги в порівнянні з еталонним, що становить 5 В. Система управління працює за певним алгоритмом, який пишеться до початку програмування. Строго щодо нього відбувається робота мікропроцесорної системи. Дуже популярні модулі керування фірми Siemens. Частотний перетворювач цього виробника має високу надійність, може використовуватись у будь-якому типі електроприводу.

Як налаштувати перетворювач частоти

На сьогоднішній день є багато виробників цього пристрою. Але алгоритм налаштування у всіх практично однаковий. Звичайно, провести налаштування перетворювача частоти без певних знань не вдасться. Вам необхідно мати дві речі – досвід у регулюванні та посібник з експлуатації. В останньому є програма, в якій описані всі функції, які можуть бути запрограмовані. Зазвичай, на корпусі частотного перетворювача є кілька кнопок. Як мінімум чотири штуки мають бути присутніми. Дві призначені для перемикання між функціями, з допомогою інших виробляється вибір властивостей чи скасування введених даних. Щоб перейти в режим програмування, необхідно натиснути певну кнопку.

Для кожної моделі частотного перетворювача є свій алгоритм входу в режим програмування. Тому без посібника з експлуатації неможливо обійтися. Варто також зазначити, що функції розбиті на кілька підгруп. І заплутатися в них не важко. Намагайтеся не змінювати налаштування, які не рекомендує чіпати виробник. Ці параметри потрібно змінювати лише у виняткових випадках. При виборі функції програмування ви бачитимете на дисплеї її цифро-літерне позначення. У міру набору досвіду налаштування частотного перетворювача здаватиметься вам дуже простою справою.

Висновки

При експлуатації, обслуговуванні або виготовленні частотного перетворювача необхідно дотримуватися всіх запобіжних заходів. Пам'ятайте, що у пристрої є електролітичні конденсатори, які зберігають заряд навіть після відключення від мережі змінного струму. Тому перед тим, як проводити розбирання, необхідно дочекатися розряду. Зверніть увагу на те, що в конструкції частотних перетворювачів присутні елементи, які бояться статичної електрики. Зокрема це стосується мікропроцесорної системи управління. Тому проводити пайку слід з усіма запобіжними заходами.