Частотный преобразователь что это: Частотный преобразователь

Частотный преобразователь

Дмитрий Левкин

Частотный преобразователь, или преобразователь частоты — электротехническое устройство (система управления), используемое для контроля скорости и/или момента двигателей переменного тока путем изменения частоты и напряжения питания электродвигателя.

Согласно ГОСТ 23414-84 полупроводниковый преобразователь частоты — полупроводниковый преобразователь переменного тока, осуществляющий преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты

Частотный преобразователь — это устройство, используемое для того чтобы обеспечить непрерывное управление процессом. Обычно частотный преобразователь способен управлять скоростью и моментом асинхронных и/или синхронных двигателей.

Частотный преобразователь небольшой мощности

Высоковольтный преобразователь

Преобразователи частоты находят все более широкое применение в различных приложениях промышленности и транспорта.

Благодаря развитию силовых полупроводниковых элементов, инверторы напряжения и инверторы тока с ШИМ управлением получают все более широкое распространение. Устройства, которые преобразуют постоянный сигнал в переменный, с желаемым напряжением и частотой, называются инверторами. Такое преобразование может быть осуществлено с помощью электронных ключей (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) и тиристоров в зависимости от задачи.

На данный момент основная часть всей производимой электрической энергии в мире используется для работы электрических двигателей. Преобразование электрической мощности в механическую мощность осуществляется с помощью электродвигателей мощностью от меньше ватта до нескольких десятков мегаватт.

Современные электроприводы должны отвечать различным требованиям таким как:
• максимальный КПД;
• широкий диапазон плавной установки скорости вращения, момента, ускорения, угла и линейного положения;
• быстрое удаление ошибок при изменении управляющих сигналов и/или помех;
• максимальное использование мощности двигателя во время сниженного напряжения или тока;
• надежность, интуитивное управление.

Основными элементами частотного преобразователя являются силовая часть (преобразователь электрической энергии) и управляющее устройство (контроллер). Современные частотные преобразователи обычно имеют модульную архитектуру, что позволяет расширять возможности устройства. Также зачастую имеется возможность установки дополнительных интерфейсных модулей и модулей расширения каналов ввода/вывода.

Функциональная схема частотного преобразователя

На микроконтроллере частотного преобразователя выполняется программное обеспечение, которое управляет основными параметрами электродвигателя (скоростью и моментом). Основные методы управления бесщеточными двигателями, используемые в частотных преобразователях представлены в таблице ниже.

Характеристики основных способов управления электродвигателями используемых в частотных преобразователях [3]

Примечание:

1. Без обратной связи.
2. С обратной связью.
3. В установившемся режиме

Широкое развитие силовых электрических преобразователей в последние десятилетия привело к увеличению количества исследований в области модуляции. Метод модуляции непосредственно влияет на эффективность всей энергосистемы (силовой части, системы управления), определяя экономическую выгоду и производительность конечного продукта.

Главная цель методов модуляции – добиться лучшей формы сигналов (напряжений и токов) с минимальными потерями. Другие второстепенные задачи управления могут быть решены посредством использования правильного способа модуляции, такие как уменьшение синфазной помехи, выравнивание постоянного напряжения, уменьшение пульсаций входного тока, снижение скорости нарастания напряжения. Одновременное достижение всех целей управления невозможно, необходим компромисс. Каждая схема силового преобразователя и каждое приложение должны быть глубоко изучены для определения наиболее подходящего метода модуляции.

Методы модуляции можно разделить на четыре основные группы:
• ШИМ — широтно-импульсная модуляция
• ПВМ — пространственно-векторная модуляция
• гармоническая модуляция
• методы переключения переменной частоты

Корни силовой электроники уходят к 1901 году, когда П.К. Хьюитт изобрел ртутный вентиль. Однако современная эра полупроводниковой силовой электроники началась с коммерческого представления управляемого кремниевого выпрямителя (тиристора) компанией General Electric в 1958 году. Затем развитие продолжалось в области новых полупроводниковых структур, материалов и в производстве, давая рынку много новых устройств с более высокой мощностью и улучшенными характеристиками. Сегодня силовая электроника строится на металл-оксид-полупроводниковых полевых транзисторах (MOSFET — metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) и биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT — Insulated-gate bipolar transistors), а для диапазона очень высоких мощностей — на тиристорах с интегрированным управлением (IGCT – Integrated gate-commutated thyristor).

Также сейчас доступны интегрированные силовые модули. Новая эра высоковольтных, высокочастотных и высокотемпературных технологий открывается многообещающими полупроводниковыми устройствами, основанными на широкой запрещенной зоне карбида кремния (SiC). Новые силовые полупроводниковые устройства всегда инициируют развитие новых топологий преобразователей [3].

Инвертор напряжения

Инвертор напряжения наиболее распространен среди силовых преобразователей.

Двухуровневый инвертор напряжения

Двухуровневый инвертор напряжения (two-level voltage-source inverter) – наиболее широко применяемая топология преобразователя энергии. Он состоит из конденсатора и двух силовых полупроводниковых ключей на фазу. Управляющий сигнал для верхнего и нижнего силовых ключей связан и генерирует только два возможных состояния выходного напряжения (нагрузка соединяется с положительной или отрицательной шиной источника постоянного напряжения).

Схема двухуровневого инвертора напряжения

Фазное напряжение двухуровневого инвертора напряжения

Используя методы модуляции для генерирования управляющих импульсов возможно синтезировать выходное напряжение с желаемыми параметрами (формой, частотой, амплитудой).

Из-за содержания высоких гармоник в выходном сигнале для генерирования синусоидальных токов выходной сигнал необходимо фильтровать, но так как данные преобразователи обычно имеют индуктивную нагрузку (электродвигатели) дополнительные фильтры используются только при необходимости.

Максимальное выходное напряжение определяется значением постоянного напряжения звена постоянного тока. Для эффективного управления мощной нагрузкой требуется высокое постоянное напряжение звена постоянного тока, но на практике это напряжение ограничено максимальным рабочим напряжением полупроводников. Для примера низковольтные IGBT транзисторы обеспечивают выходное напряжение до 690 В. Для того чтобы обойти данное ограничение по напряжению в последние десятилетия были разработаны схемы многоуровневых преобразователей. Данные преобразователи сложнее, чем двухуровневые в плане топологии, модуляции и управления, но при этом имеют лучшие показатели по мощности, надежности, габаритам, производительности и эффективности.

Трехуровневый преобразователь с фиксированной нейтральной точкой

В трехуровневом преобразователе с фиксированной нейтральной точкой (three-level neutral point clamped converter) постоянное напряжение делится поровну посредством двух конденсаторов, поэтому фаза может быть подключена к линии положительного напряжения (посредством включения двух верхних ключей), к средней точке (посредством включения двух центральных ключей) или к линии отрицательного напряжения (посредством включения двух нижних ключей). Каждому ключу в данном случае требуется блокировать только половину напряжения звена постоянного тока, тем самым позволяя увеличить мощность устройства, используя те же самые полупроводниковые ключи, как и в обычном двухуровневом преобразователе. В данном преобразователе обычно используются высоковольтные IGBT транзисторы и IGCT тиристоры.

Схема трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

Недостатками данных преобразователей являются:
• Дисбаланс конденсаторов, создающий асимметрию в преобразователе. Данную проблему предлагается решать путем изменения метода модуляции.
• Неравное распределение потерь из-за того, что потери на переключение внешних и центральных ключей отличаются в зависимости от режима работы. Данная проблема не может быть решена с использованием обычной схемы, поэтому была предложена измененная топология – активный преобразователь со связанной нейтральной точкой (active NPC). В этой схеме диоды заменены управляемыми ключами. Таким образом, выбирая соответствующую комбинацию ключей, возможно уменьшить и равномерно распределить потери.

Фазное напряжение трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

Преобразователь с фиксированной нейтральной точкой может масштабироваться для достижения больше чем трех уровней выходного сигнала путем деления напряжения звена постоянного тока более чем на два значения посредством конденсаторов. Каждое из этих деленных напряжений может быть подключено к нагрузке с использованием расширенного набора ключей и ограничительных диодов. Вместе с увеличением мощности преимуществами многоуровневого преобразователя является лучшее качество электроэнергии, меньшее значение скорости нарастания напряжения (dv/dt) и связанных электромагнитных помех. Однако, когда преобразователь со связанной нейтральной точкой имеет более трех уровней, появляются другие проблемы. С точки зрения схемотехники в таком случае ограничительные диоды требуют более высокое максимальное рабочее напряжение чем основные ключи, что требует использования различных технологий или нескольких ограничительных диодов соединенных последовательно. В дополнение становится критическим неравномерное использование силовых элементов в схеме. В итоге из-за увеличения количества элементов снижается надежность. Приведенные недостатки ограничивают использование преобразователей с фиксированной нейтральной точкой с более чем тремя уровнями в промышленных приложениях.

Многоуровневые преобразователи

Каскадные преобразователи основанные на модульных силовых ячейках со схемой H-мост (cascaded H-bridge — CHB) и преобразователи с плавающими конденсаторами (flying capacitor converter) были предложены для обеспечения большего количества уровней выходного напряжения в сравнении с преобразователями с фиксированной нейтральной точкой.

Каскадный Н-мостовой преобразователь

Каскадный преобразователь — высоко модульный преобразователь, состоящий из нескольких однофазных инверторов, обычно называемыми силовыми ячейками, соединенными последовательно для формирования фазы. Каждая силовая ячейка выполнена на стандартных низковольтных компонентах, что обеспечивает их легкую и дешевую замену в случае выхода из строя.

Схема каскадного преобразователя

Основным преимуществом данного преобразователя является использование только низковольтных компонентов, при этом он дает возможность управлять мощной нагрузкой среднего диапазона напряжения. Несмотря на то что частота коммутации в каждой ячейке низкая, эквивалентная частота коммутации приложенная к нагрузке – высокая, что уменьшает потери на переключение ключей, дает низкую скорость нарастания напряжения (dv/dt) и помогает избежать резонансов.

Фазное напряжение каскадного преобразователя

Преобразователь с плавающими конденсаторами

Выходное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами получается путем прямого соединения выхода фазы с положительной, отрицательной шиной или подключением через конденсаторы. Количество уровней выходных напряжений зависит от количества навесных конденсаторов и отношения между различными напряжениями.

Схема преобразователя с плавающими конденсаторами

Этот преобразователь, как и в случае каскадного преобразователя, также имеет модульную топологию, где каждая ячейка состоит из конденсатора и двух связанных ключей. Однако, в отличие от каскадного преобразователя добавление дополнительных силовых ключей к конденсаторному преобразователю не увеличивает номинальную мощность преобразователя, а только уменьшает скорость нарастания напряжения (dv/dt), улучшая коэффициент гармоник выходного сигнала. Как и у каскадного преобразователя, модульность уменьшает стоимость замены элементов, облегчает поддержку и позволяет реализовать отказоустойчивую работу.

Фазное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами

Конденсаторный преобразователь требует только один источник постоянного тока для питания всех ячеек и фаз. Поэтому, можно обойтись без входного трансформатора, а количество ячеек может быть произвольно увеличено в зависимости от требуемой выходной мощности. Подобно преобразователю с фиксированной нейтральной точкой, этому преобразователю требуется специальный алгоритм управления для регулирования напряжения на конденсаторах.

Инвертор тока

Для работы инвертору тока всегда требуется управляемый выпрямитель, чтобы обеспечить постоянный ток в звене постоянного тока. В стандартной топологии обычно используются тиристорные выпрямители. Чтобы уменьшить помехи в нагрузке, в звене постоянного тока используется расщепленная индуктивность. Инвертор тока имеет схему силовых ключей наподобие инвертора напряжения, но в качестве силовых ключей используются тиристоры с интегрированным управлением (IGCT). Выходной ток имеет форму ШИМ и не может быть напрямую приложен к индуктивной нагрузке (электродвигателю), поэтому инвертор тока обязательно включает выходной емкостной фильтр, который сглаживает ток и выдает гладкое напряжение на нагрузку. Этот преобразователь может быть реализован для работы на средних напряжениях и более того он по природе имеет возможность рекуперации энергии.

Схема инвертора тока с выпрямителем

Прямые преобразователи

Прямые преобразователи передают энергию прямо от входа к выходу без использования элементов накопления энергии. Основным преимуществом таких преобразователей является меньшие габариты. Недостатком – необходимость более сложной схемы управления.

Циклоконвертер относится к категории прямых преобразователей. Данный преобразователь широко использовался в приложениях требующих высокую мощность. Этот конвертер состоит из двойных тиристорных преобразователей на фазу, который может генерировать изменяемое постоянное напряжение, контролируемое таким образом, чтобы следовать опорному синусоидальному сигналу. Вход каждого преобразователя питается от фозосмещающего трансформатора, где устраняются гармоники входного тока низкого порядка. Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. По своей природе данный преобразователь хорошо подходит для управления низкочастотными мощными нагрузками.

Схема циклоконвертера

Матричный преобразователь в его прямой и непрямой версии также принадлежит к категории прямых преобразователей. Основной принцип работы прямого матричного преобразователя (direct matrix converter) — возможность соединения выходной фазы к любому из входных напряжений. Преобразователь состоит из девяти двунаправленных ключей, которые могут соединить любую входную фазу с любой выходной фазой, позволяя току течь в обоих направлениях. Для улучшения входного тока требуется индуктивно-емкостной фильтр второго порядка. Выход напрямую соединяется с индуктивной нагрузкой. Не все доступные комбинации ключей возможны, они ограничены только 27 правильными состояниями коммутации. Как говорилось ранее, основное преимущество матричных преобразователей — меньшие габариты, что важно для автомобильных и авиационных приложений.

Схема прямого матричного преобразователя

Непрямой матричный преобразователь (indirect matrix converter) состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора. Количество силовых полупроводников такое же как у прямых матричных преобразователей (если двунаправленный ключ рассматривается как два однонаправленных ключа), но количество возможных состояний включения отличается. Используя ту же самую конфигурацию непрямого матричного преобразователя, возможно упростить его топологию и уменьшить количество элементов ограничив его работу от положительного напряжения в виртуальном звене постоянного тока. Уменьшенная топология называется разреженный матричный преобразователь (sparse matrix converter).

Схема непрямого матричного преобразователя

Схема разреженного матричного преобразователя

Библиографический список

• ГОСТ Р 50369-92 Электроприводы. Термины и определения.
• Rahul Dixit, Bindeshwar Singh, Nupur Mittal. Adjustable speeds drives: Review on different inverter topologies.- Sultanpur, India.:International Journal of Reviews in Computing, 2012.
• Marian P. Kazmierkowski, Leopoldo G. Franquelo, Jose Rodriguez, Marcelo A. Perez, Jose I. Leon, «High-Performance Motor Drives», IEEE Industrial Electronicsd, vol. 5, no. 3, pp. 6-26, Sep.2011.

Преобразователи частоты. Различие между ними.

Настоящим прорывом в области регулируемого электропривода стало появление силовых преобразователей частоты или как их именуют в профильной среде — частотников. Это открытие кардинально изменило подход в проектировании систем электроприводов. Если относительно недавно при проектировании сложных механизмов, где без точного регулирование параметров (скорость, момент) не обойтись, выбирались двигатели постоянного тока — ДПТ, то с появлением частотников привода переменного тока начали активно вытеснять двигатели постоянного тока из данных систем. Даже в тяговых электроприводах асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором вытесняет ДПТ последовательного возбуждения.

Содержание:

Классификация преобразователей частоты

Техническое устройство, преобразующее переменное напряжения  одной частоты на входе, в изменяющееся по определенному закону переменное напряжение, но уже другой частотой на выходе называется преобразователем частоты (ПЧ). Бывают двух типов:

• Непосредственные
• Двухзвенные

Непосредственные – это реверсивный тиристорный преобразователь. Главное его достоинство в том, что он подключается напрямую в сеть без дополнительных устройств.

Двухзвенные – представляют собой транзисторный или тиристорный преобразователь. Но главное их отличие от непосредственных преобразователей в том, что для корректной и безопасной работы инвертора необходимо звено постоянного напряжения. Соответственно для подключения их к общепромышленным сетям необходим выпрямитель. Как правило изготавливаются комплектными (инвертор и выпрямитель поставляются вместе и работают от одной системы управления).

Двухзвенные преобразователи частоты

Двухзвенный или как его еще называют со звеном постоянного тока, созданный на базе АИН (автономный инвертор напряжения), содержит в комплекте выпрямитель и фильтр:

ЭМ – электрическая машина, АИН – автономный инвертор напряжения, L_ф, С_ф – индуктивности и емкости фильтра, f_нз – задание частоты выхода инвертора, u_dз – задание выходного напряжения для выпрямителя, если используются управляемые выпрямители, СУВ, СУИ – системы управления выпрямителем и инвертором соответственно, u_нз – задание выходного напряжения инвертора, В – выпрямитель. Пунктиром показаны связи, которые включаются в систему в зависимости от типа устройства.

Для улучшения качества энергии в звене постоянного напряжения и сглаживании пульсаций напряжения и тока используют L-C фильтр. Зачастую он имеют Г – образную схему включения, как показано выше. Также иногда используют фазовый сдвиг в цепи переменного напряжения путем включения обмоток трансформатора в треугольник и звезду:

Данная схема более дорогостоящая и может применяться только при использовании индивидуального трансформатора.

В данной системе выпрямитель может быть управляем или не управляем. Если он управляем, то функция регулирования напряжения ложится на него, если нет, то на АИН. Для рекуперации энергии в сеть выпрямитель должен быть полностью управляем и реверсивен (двухкомплектный). Управление частотным преобразователем производится импульсным методом. Самые распространенные методы это ШИР (широтно-импульсное регулирование) и ШИМ (широтно-импульсная модуляция).

Еще более широкое применение получили автономные инверторы тока (АИТ):

АИТ – автономный инвертор тока, СУИ, СУВ – системы управления преобразователями, УВ – управляемый выпрямитель, L_ф – индуктивность фильтра, f_нз – задание частоты выходного тока, і_dз – задание выходного тока в звене постоянного тока.

В отличии от АИН, где регулируемой выходной величиной является напряжение, в АИТ регулируемой величиной является ток. Немаловажную роль в формировании выходного сигнала заданной частоты является частота коммутации транзисторов или тиристоров. Чем выше частота коммутации, тем лучше качество синусоиды на выходе частотника, но возрастают потери в преобразователе. Ниже приведен результат моделирования работы АИТ (на IGBT транзисторах) на активно-индуктивную нагрузку при различных частотах коммутации:

Частота коммутации 800 ГцЧастота коммутации 2000 Гц 

Частота коммутации 8000 Гц

Как видно из графиков уменьшение частоты коммутации очень плохо влияет на выходное качество тока. Поэтому для каждого устройства необходимо подбирать частоту коммутации частотника соответственно качеству выходного напряжения или тока. Для оптимизации данных процессов на выходе преобразователя частоты иногда ставят L-C фильтр, для сглаживания пульсаций токов и напряжений:

Как видим из схемы —  последовательно подключают индуктивность, для сглаживания пульсаций тока, и параллельно емкость, для сглаживания пульсаций напряжения.

Также работа частотника генерирует высшие гармоники в питающей сети:

Ток двух фаз питающего напряжения

Для уменьшения влияния высших гармоник на сеть используют фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ)

Ниже показаны принципиальные схемы преобразователей частоты.

Автономный инвертор напряжения с управляемым выпрямителем

Тиристоры VS1-VS6 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения R_б. При увеличении напряжения на емкости С_ф выше заданного, транзистор VT7 открывается и вводится в работу тормозной резистор R_б, на котором рассеивается энергия переданная от электрической машины. При глубоком регулировании VD0 повышает коэффициент мощности выпрямителя.

Данный ПЧ не может рекуперировать энергию в сеть, а также насыщает выходное напряжение высшими гармониками и усложняет систему управления из-за необходимости управления УВ. При исполнении УВ двухкомплектным, рекуперирует энергию в сеть, но усложняет систему и делает ее более дорогостоящей. В настоящее время является устаревшим.

Автономный инвертор напряжения с неуправляемым выпрямителем

Диоды VD7-VD12 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения R_б. За счет использования ШИМ происходит регулирование амплитуды выходного напряжения и его частоты.

При использовании неуправляемого выпрямителя  для торможения двигателя АИН переводится в режим управляемого выпрямителя, работающего таким образом, что напряжение на емкости С_ф выше заданного, несмотря на уменьшение скорости вращения двигателя. При увеличении напряжения на емкости С_ф открывается транзистор VT7 и энергия выделяемая электродвигателем гасится на тормозном резисторе.

Данный способ торможения получил названия инверторного торможения, хотя инвертирования на самом деле нет. Это связано с тем, что термин динамическое торможение для систем с асинхронным двигателем занят, под ним понимается пропускания постоянного тока через обмотки двигателя.

Главным недостатком такой системы есть отсутствие возможности рекуперировать энергию в сеть, но она получила широкое применение для систем, где не требуется частое торможение.

Рекуперирующий двухзвенный преобразователь частоты на основе обратимого преобразователя напряжения

ОПН – обратимый преобразователь напряжения. В данной схеме имеется два ОПН. ОПН1 работает в выпрямительном режиме и передает энергию через ОПН2, работающий в инверторном режиме, к двигателю. При торможении ОПН2, подключенный к двигателю переходит в выпрямительный режим, а ОПН1, подключенный к сети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии в сеть. Если задать схеме управления на входе cosφ = ± 1, то во всех режимах при регулировании и торможении двигателя из сети будет потребляться или в сеть будет отдаваться практически только активная мощность, а ток будет практически синусоидален, что определяет минимальное вредное влияние на питающую сеть. Эти преобразователи на сегодняшний день являются самыми близким к идеальным.

Ниже приведена функциональная схема данного устройства:

В схеме имеются следующие элементы: ОПН1, подключенный к сети, ОПН2, подключенный к двигателю, датчики тока и напряжения ДТ1 и ДН1 на стороне сети и ДТ2 и ДН2 на стороне постоянного напряжения. Требуемая мощность на стороне постоянного напряжения определяется измерением средних значений Ud и Id, а затем и мощности Pd с помощью вычислителя ВМ, куда поступают сигналы с ДН2 и ДТ2 через фильтр Ф. По действующему значению напряжения сети U1, определенному с помощью вычислителя напряжения ВН, и с учетом заданного угла φ1 определяется ток I1зад, обеспечивающий заданную мощность. Блок ФСН формирует синусоидальное напряжение, повторяющее напряжение сети, а блок «φ1» формирует заданную синусоиду с учетом фазового сдвига φ1. В блоке «ЗАД i1» формируется заданная синусоида тока. В модуляторе М она сравнивается с сигналом датчика тока ДТ1 i1, и формируются управляющие импульсы, которые через усилитель мощности УМ поступают на транзисторы. Блок НТ определяет направление тока (выпрямительный или инверторный режим). Блок выбора режима ВР в соответствии с сигналом от НТ задает угол φ1.

Преимущества двухзвенного рекуперирующего ПЧ: независимость выходной частоты от входной, возможность получения высокого коэффициента мощности на стороне сети. К недостаткам можно отнести: высокая стоимость, сложность системы управления.

Рекуперирующие двухзвенный преобразователь частоты на основе инверторов тока

Автономный инвертор тока, преобразовывает постоянный ток, подаваемый на его вход, в пропорциональный по величине переменный ток. Режим источника тока на входе обеспечивается за счет большой индуктивности L и применения токостабилизирующей обратной связи, поддерживающей заданное значение тока Idз. АИТ выполнен по схеме с отсекающими диодами. Рекуперация энергии при торможении в АИТ возможна при сохранении направления тока за счет сдвига токов и напряжений, т.е. переводом АИТ в режим выпрямления за счет сдвига управляющих импульсов относительно фазных ЭДС электрической машины.

Энергия, передаваемая от электрической машины на сторону постоянного напряжения, должна быть далее передана в сеть переменного напряжения. Для этого управляемый выпрямитель на входе ПЧ должен быть переведен в инверторный режим. При этом сохраняется направление тока и не требуется установка дополнительного комплекта вентилей. Схема применяется в двигателях достаточно большой мощности. Недостатками схемы являются ее не очень хорошие характеристики, поэтому она не является перспективной.

Появление запираемых тиристоров позволило улучшить характеристики ДПЧ на основе АИТ.

Формирование выходного тока осуществляется совместно управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока.

Показана временная диаграмма, отражающая моменты включенного и выключенного состояний тиристора V1. На участке соответствующим зоне 2, ключ V1 включен постоянно, и ток сглаживающего дросселя непрерывно поступает в фазу А двигателя. Для формирования тока в зонах 1 и 3 необходимо соответствующим образом переключать тиристоры. Для обеспечения нарастания и спадания тока (зоны 1 и 3) обычно используется два метода – трапецеидальный и метод выборочного исключения гармоник.

При использовании первого метода моменты коммутации ключей АИТ определяются по пересечению линейно нарастающего сигнала и опорного сигнала пилообразной формы следующего с несущей частотой, при втором методе моменты коммутации ключей рассчитываются заранее исходя из условия подавления высших гармоник определенного порядка (5 и 7 и т.д.). В этой схеме улучшается синусоидальность тока, протекающего по фазам двигателя. Но сохраняются все недостатки, возникающие при питании от сети управляемых выпрямителей напряжения. Преобразователи частоты на основе инверторов тока наиболее применимы в электроприводе синхронных машин, где на выходе вместо автономного инвертора тока включается инвертор тока, ведомый электрической машиной.

Таким образом, на входе и на выходе ПЧ включаются однокомплектные рекуперирующие преобразователи (ОРП) на тиристорах. При этом ведомый инвертор полностью аналогичен выпрямителю, подключенному к сети. Коммутация вентилей ведомого инвертора осуществляется за счет ЭДС электрической машины.При низкой скорости вращения электрической машины эта ЭДС недостаточна для коммутации вентилей. Поэтому при пуске коммутация осуществляется путем прерывания тока в цепи постоянного тока включением и запиранием выпрямителя.

Непосредственные преобразователи частоты

При использовании НПЧ напряжение из сети подается через управляемые вентили на двигатель. В каждой фазе НПЧ установлен реверсивный двухкомплектный преобразователь с совместным или раздельным управлением силовыми комплектами.

На рис. 1а приведена схема трехфазно-однофазного НПЧ на основе трехфазных нулевых схем. Он преобразует трехфазное напряжение в однофазное, но с регулируемой частотой.Комплекты В и Н переключаются, и на выходе получается двуполярное напряжение. Для управления преобразователями используют определенные законы управления — прямоугольный и синусоидальный. Если используют прямоугольный принцип управления, то алгоритм работы будет таков: при прохождении одной полуволны напряжения, на один из комплектов подаются управляющие импульсы с углом управления (углом задержки) a = const. Этот комплект будет работать в режиме выпрямителя, а затем с углом управления (углом опережения) b = a. Чтоб снизить ток необходимо перейти в инверторный режим (рис. 1 б). Для избежания короткого замыкания в самом инверторе необходимо чтоб ток снизился до нуля – это называется бестоковой паузой. После осуществления бестоковой паузы в работу включается второй комплект.

Если используют синусоидальное управление, то гладкая составляющая выходного напряжения должна изменятся по синусоидальному закону, для этого угол управления a непрерывно меняется (рис. 1 в).

Рисунок 1.

Схема трехфазно-трехфазного НПЧ, выполненного на основе трехфазных мостовых схем. Ниже приведена схема.

Данный тип преобразователей не получил широкого применения из-за ряда недостатков при его применении. А это: невозможность полного регулирования выходной частоты (при использовании трехфазных мостовых схем диапазон регулирования 25-45 Гц, а при нулевых 15-45 Гц). Постоянная коммутация вентилей, что приводит к ухудшению коэффициента мощности, а также плохое качество выходного напряжения и большое влияние на питающую сеть.

Преимуществом можно признать то, что у таких преобразователей более высокий КПД, из-за однократного преобразования энергии.

Наиболее распространены преобразователи частоты на базе АИТ и АИН на IGBT транзисторах, в силу лучших показателей качества энергии на выходе преобразователя и их влияния на сеть.

Частотный преобразователь для электродвигателя — устройство, принцип работы

Для несведущего человека словосочетание «частотный преобразователь для электродвигателя» звучит совершенно непонятно. Что это такое, какие частоты и во что он преобразовывает — даже и не хочется задумываться. А ведь подобные устройства занимают не последнее место по важности практически на любом производстве.

Да что промышленность, некоторые приборы и в быту не смогли бы так облегчать жизнь, как они это делают, не будь изобретен частотный преобразователь. Самый яркий тому пример — стиральная машина-автомат. Ведь все изменения скорости вращения барабана при стирке, полоскании или отжиме — это заслуга подобного устройства.

А электромоторы современных автомобилей — ведь и в них за скорость вращения отвечают преобразователи частоты. Кстати, тем, кто ездит на работу на таком виде транспорта, как трамвай и троллейбус, наверное, тоже будет интересно понять, как развивает обороты подобная техника. А значит, необходимо разобраться, что же такое частотный преобразователь, как он устроен и по какому принципу работает, и как сделать подобное устройство так, чтобы оно было понятно даже для чайников.

Внешний вид частотного преобразователя

Что такое частотник?

Под этим термином подразумевается частотный преобразователь для двигателя, то есть сложное техническое устройство, которое обладает возможностью преобразовывать входной переменный ток 50 Гц, меняя на выходе частоту. Если брать характеристики современных преобразователей, то параметры их работы могут колебаться в диапазоне от 1 до 800 Гц.

Многие могут спросить, для чего нужно такое преобразование частоты. Все просто — для плавного запуска и изменения оборотов любого электродвигателя. Как раз по этой причине и появляется разница в скорости вращения барабана современных стиральных машин.

Все преобразователи можно разделить на три основных типа – это однофазный аппарат, трехфазный и высоковольтный. Схема частотника любого из этих типов схожа, за исключением небольших нюансов.

Принцип работы высокочастотного преобразователя заключается в создании экономичного режима, при помощи которого появляется возможность управлять такими характеристиками, как привод, скорость и крутящий момент агрегата, согласовываясь с заданными параметрами и характером циклов.

Вместе с выполняемой основной работой, на жидкокристаллический экран, которым снабжен современный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, выводится информация о параметрах; выходное значение частот, скоростей, мощностей, а так же крутящих моментов. Так же на нем отображается и информация о продолжительности функционирования.

Схема, отображающая принцип частотного преобразователя

Преобразователь частоты для асинхронных двигателей по назначению, которое может быть:

• Промышленным, с мощностями, не превышающими 315 кВт, с тремя фазами;
• Частотники векторного управления, с мощностями, не превышающими 500 кВт, так же с тремя фазами;
• С управлением аппаратами насосно-вентиляторного типа, с нагрузкой до 315 кВт;
• Для работы с кранами и другими механизмами подъемного типа;
• Применяемые во взрывоопасных областях;
• Частотные преобразователи, монтируемые непосредственно на двигатели.

Строение современного преобразователя

Общая схема частотного преобразователя состоит из двух составляющих — это управляющая и силовая. Обычно вторая выполнена с использованием транзисторов или тиристоров. Основную работу по контролю выполняют микропроцессоры, которые посредством работы ключа, который замыкает, либо размыкает цепь, работая как привод. Он решает многие задачи, связанные не только с контролем работы двигателя, но и с защитой при возникновении внештатной ситуации, и с диагностикой оборудования.

Так же преобразователи частоты можно разделить на два типа по принципам их работы — с промежуточным звеном или без него.

Область применения каждого из типов и видов частотных преобразователей как раз и обусловлена преимуществами и недостатками, которыми они обладают.

Теперь, когда в общих чертах стал понятен принцип действия частотного преобразователя, имеет смысл разобраться с вопросом выбора подобного электропривода для частных целей.

Конечно, если известна электрическая схема преобразователя частоты, то вполне реально собрать подобный частотник своими руками, но это очень трудоемкий процесс, который под силу только профессионалу. Любитель, не знакомый со спецификой подобной работы не соберет самодельный инвертор.

Полная схема частотного преобразователя

Конечно, производитель заинтересован в снижении себестоимости изготавливаемой продукции, так сохраняется его конкурентоспособность и увеличивается прибыль. А потому он старается минимизировать затраты за счет уменьшения возможностей частотных преобразователей, в результате чего производятся агрегаты с минимальным функционалом, но по меньшей цене.

Как раз набор встроенных функций и может играть главную роль при выборе подобных устройств, так как от этого может зависеть и долговечность приобретаемого частотного преобразователя. А потому необходимо понять, какие функции будут важны, а какими можно поступиться в угоду кошельку.

Способ управления

По этому параметру асинхронный преобразователь частоты может быть скалярным или векторным. Вторые в наше время более распространены, но и стоимость их выше. Главное достоинство векторных частотных преобразователей в их регулировке, которая очень точна. У скалярных частотников простейшее управление, не способное к изменению частот в процессе работы двигателя, а, следовательно, и его скорости. Поэтому оптимальной станет установка подобных устройств на маломощные двигатели, например, вентиляторы. Он вполне обеспечит плавный пуск, минимизирует расход электроэнергии и продлит срок службы двигателя, но это все, на что он способен.

По мощности

Не возникает вопросов в том, что лучше агрегаты с большей мощностью. Хотя для бытового использования подобный показатель не слишком важен, главное, чтобы хватило для двигателя, на который будет устанавливаться приобретаемый частотный преобразователь.

Основное внимание следует обратить на марку агрегата. Идеальным будет вариант приобретения устройства, сделанного именно тем производителем, который выпустил и двигатель. От этого будет зависеть эффективность рабочего тандема. Да и присутствие поблизости фирменного центра обслуживания играет немаловажную роль.

Схема блока питания для частотного преобразователя.

Напряжение в сети

Здесь, конечно же, главный критерий — широта рабочего диапазона напряжений. Все знают, как работает наша электросеть, где перепады временами бывают очень существенными, а потому подумать о безопасности оборудования при подобных неприятностях стоит заранее. Конечно, понижение в сети не доставит больших неприятностей, максимум – отключится частотник для трехфазного электродвигател

Преобразователь частоты: тиристорный, высоковольтный, обзор цен

Для стабилизации электрического тока используются различные устройства. Предлагаем рассмотреть, что такое электромашинный преобразователь частоты, как работает высоковольтный, тиристорный и однофазный прибор, его назначение, где можно купить, а также схема, как его сделать своими руками.

Общая информация

Простейший преобразователь напряжения тока или частоты (ПЧ) – это электромагнитный, электронный или электромеханический прибор, который преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой. Устройство может также изменить напряжение, но для этого необходимо  использовать специальные настройки и компоненты. На нашем рынке они представлены такими марками и типами как CSACS550, ACS800, Aqua, ATV, ATV312, ATV61, CIMR, Commander, Control, Cue, Drive, F740, Fdu40, Frenic, Frn, Fuji, Hvac, IC5, Innovert, Keb, L100, L200, L300p, Matlab, Micromaster, Mini, N100, N50, N700e, Nxs, Pr6000, Prostar, S11, Schneider, Sinamics, Smd, Unidrive, Vector, Vfs11, Winner, Yaskawa.

Фото — Цифровой преобразователь частоты

Преобразователь напряжение-частота широко используется для того, чтобы сохранить энергию механических систем, к примеру, двигателя, насоса, вентилятора и т.д. Выбираются приборы в соответствии с кривыми двигателя для обеспечения оптимальной скорости и нагрузки, транзисторный преобразователь может помочь сэкономить энергию двигателя, снижая потери энергии и увеличивая КПД. Это достигается путем преобразования фиксированной частоты входящего переменного тока напряжения в постоянный ток, а затем, варьируя частоту переконвертировать его обратно в переменное напряжение, используя биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

Бывают преобразователи высокой частоты таких видов:

1. Работающие при помощи звена постоянного тока;
2. Работающие с непосредственной связью.

В основном используется первый тип электропривода, т.к. он обеспечивает двойное преобразование частоты вращения двигателя, при этом контролируется как вход сигнала, так и выход. Рассмотрим подробнее их принцип действия.

Фото — Современные преобразователи частоты

Принцип работы и характеристики

Преобразователь частоты для асинхронных двигателей работает путем преобразования входного синусоидального напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, а затем его изменения обратно в переменное напряжение. Это преобразование происходит с помощью либо кремниевых выпрямителей или IGBT-транзисторов. Напряжение постоянного тока включается с помощью транзисторов для создания постоянного выходного напряжения переменного тока (так называемый инвертор). Транзисторы могут включать и выключать питание, чтобы создать нужное напряжение сигнала тока, который обеспечивает питание двигателя. Частота, на которой происходит переключение (несущая), варьируется в зависимости от серии и компании, которой изготовлен преобразователь напряжения и частоты (Vacon, Mitsubishi, Toshiba, Altivar, FDU, Danfoss – Данфосс, Delta Hyundai, Emotron, ABB, Lenze, Hitachi, Siemens, Omron, Electric и т.д.)

Фото — Частотный преобразователь дельта

Статический трехфазный ПЧ имеет шесть диодов в качестве мостового выпрямителя переднего плана, которые преобразуют переменный ток в постоянный. ПЧ может также иметь 12 диодов — два комплекта на фазу (2 × 2 × 3 = 12 импульсов), или 18 диодов — три набора на фазу (3 × 2 × 3 = 18 импульсов) и т. д. Один набор диодов подается от трансформатора дельта, чтобы создать фазовый сдвиг на стороне источника переменного тока между двумя выпрямителями, чем  уменьшить гармонику и отразить сигнал назад к входу напряжения.

1. 6-диодный преобразователь наиболее часто используется в строительной сфере. Суммарный коэффициент гармонических искажений, отраженный обратно к источнику, может быть выше, чем поступающий на входящие контакты. Вы можете установить встроенную катушку индукционного типа, чтобы уменьшить отражение гармоника обратно в точку сцепления. ПЧ снижает искажение тока в ​​источнике.
2. 12-импульсный преобразователь повышенной частоты (его еще называют, плавный) может отменить отражение гармоник обратно к источнику. Фазы сдвига трансформатора могут быть настроены для уменьшения гармонических искажений на входных клеммах.
3. 18-импульсный силовой преобразователь использует как синхронный, так и асинхронный двигатель. Он обеспечивает низкий уровень гармонических искажений в электрической сети, благодаря поэтапной отмене первичных гармоник (5-м и 7-м) и гармоник высокого порядка, которые могут привести к резонансу на емкостных и индуктивных нагрузках (например, фильтрах, трансформаторах и т. д.). Их стоимость зачастую очень высокая, поэтому используются они только в производственных цехах. КНИ на входных клеммах может быть менее 5%, поэтому ниже общее напряжение гармонических искажений будет реализовано в источнике, в зависимости от схемы импеданса. Часто этот прибор цифровой, что значительно облегчает работу  с ним.

Основные характеристики:

• Напряжение – 220-480 В;
• Защита Ip54;
• Температурный барьер для нормальной работы – от +10 до -40 градусов;
• Мощность – от 1 кВт.

Также существует двухзвенный преобразователь (ТТПТ, ТОШИБА, УХЛ4, ТПЧ, ТРИОЛ), матричный и векторный прибор, он состоит из ПЧ переменного тока и напряжения для создания нужной амплитуды. Обеспечивает пуск в течение 2 секунд от включения, дорогой, в последнее время теряет свою актуальность.

Этот ПЧ выполнен коммутацией естественного типа, оснащен отдельным источником напряжения с повышенной частотой. У него достаточно узкий круг использования, в основном это городские или квартальные электростанции.

В зависимости от области использования, нужно выбрать оптимальный преобразователь, иначе Вы не только переплатите за устройство, но и можете подвергнуть опасности жизни своих близких и работников.

Обязательно перед покупкой должна быть прочитана документация, проверена мощность и пропускные способности. Настройка и сборка преобразователей может производиться продавцом-консультантом непосредственно на месте покупки.

Фото — Двухзвенный преобразователь

Для чего нужен преобразователь: для подключения и работы лифтов (ПЧВН, ППЧВ), регулировки частоты станочного двигателя (к примеру, VLT, VFD), автомобильного мотора (Мицубиси, Opel Omega – Омега) и т.д.

Описание самостоятельного подключения

Предлагаем рассмотреть, как можно самому собрать и подключить простой самодельный инверторный преобразователь частоты для небольшого трехфазного электродвигателя в виде подробной инструкции.

Рассмотрим создание ПЧ на примере двигателя с частотой 400Гц и напряжением электрической сети 27 Вольт. Обмотки соединены в звезду, благодаря чему средняя точка каждой выведена наружу, это позволяет существенно упростить микросхему: нужно три выходных сигнала, и один выходной ключ на каждую из фаз. Электрическая схема подключения показана на фото ниже:

Фото — Схема подключения

Данное устройство состоит из таких компонентов: генератор, формирующий импульсы, ключи на составных транзисторах и электрического двигателя.

Фото — Частотный преобразователь схема 1

Руководство, по которому можно подключить преобразователь частоты двигателя, имеет вид упрощенной схемы. На чертеже изображен двигатель, который управляется несколькими ключами. Механические контакты показаны как элементы полупроводникового типа. Питается двигатель при помощи постоянного напряжения. Естественно нельзя одновременно открывать нижние и верхние ключи,  иначе произойдет короткое замыкание, и мощность ВПЧ потока упадет до нуля, чтобы это предотвратить, нужно подключить преобразователь таким образом, чтобы при открытии нижнего ключа верхний закрывался. Для осуществления такой технологии используются специальные контроллеры, образующие мертвую зону.

Временной интервал для мертвой зоны нужно рассчитать таким образом, чтобы гарантировать успешное закрытие всех транзисторов верхнего ряда, только тогда вероятность образования сквозных токов будет сведена к минимуму.

Ключами с гальванической связью управляет драйвер на составном резисторе, для этого часто устанавливают дополнительный оптрон для каждого ключа или канала (как и показано на схеме), эта деталь на данном чертеже выполняет роль еще одного инвертора.

Чтобы питать каждый драйвер, нужно использовать специальный выпрямитель, который в свою очередь, запитан от обмотки привода. Возможно, это является одним из недостатков схемы. Для управления длительности мертвой зоны данный преобразователь напряжения и частоты использует конденсатор.

Этот прибор относится к типу универсал, его можно подсоединять к любым двигателям, мощность которые не превышает 10 кВт.

Ремонт и обслуживание

Если ПЧ не работает на полную мощность, то рекомендуем проверить тормозной резистор для преобразователя частоты, в таблице ниже даны оптимальные показатели. В том случае, если данные Вашей детали не совпадают с ними, то необходима замена резистора:

Фото — Данные для тормозных резисторов

Система может дать сбой, если Вы выбрали очень мощный ПЧ для слабой сети. Дело в том, что большинство деталей преобразователя предназначено для постоянного напряженного состояния, если уровень сигнала не доходит до минимальных показателей ПЧ, то он не будет работать.

Есть два варианта:

• Техническое испытание;
• Проверка схемы выпрямления.

Также можно попробовать поискать проблемы своими силами, при помощи мультиметра:

1. Проверьте уровень сигнала, если на преобразователе написано, что необходимо напряжении в 380 Вольт, а подается только 220 – то работать прибор не будет;
2. Проверьте правильность подключения преобразователя к порту и плотность всех прочих соединений;
3. В процессе эксплуатации, преобразователь напряжения и частоты нельзя подвергать воздействию воды и резким перепадам температуры;
4. На цифровых приборах есть возможность вывести причину поломки на экран, производитель указывает как вызвать эту функцию в инструкции;
5. Проверьте напряжение, не должно быть разрывов или сильных перепадов.

Частотный преобразователь. Виды и сфера использования

В первой половине 20 века, российский ученый М.П. Костенко, математическим расчетом обосновал возможность регулирования скорости вращения электрического двигателя. Опытные работы подтвердили результаты расчетов. Сегодня преобразователи используются повсеместно. Они способны преобразовывать стандартную частоту тока в сетях, соответствующую 50 Гц, в частоты от 0,5 до 400 Гц.

Преобразователь частоты – электроприводное устройство

Применение электрических двигателей требует соответствующие эксплуатационные характеристики. Преобразователи обеспечивают работу электротехнического оборудования в экономичных режимах, отвечающих требованиям процесса.

Конструкционные разновидности частотных преобразователей

Преобразователя частоты может быть электронным или с конструкцией по типу индуктора. Второй вид практически исключил себя из-за низкой эффективности. Современные электронные приборы, состоящие из силовой части и модуля управления просты и многофункциональны.

Силовая часть преобразователя

Силовая часть бывает оснащена транзисторами или тиристорами. Транзисторные частотники применяются из-за компактности и надежности. Тиристорные приборы используются при работе с большими токами. У них высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Правильная эксплуатация обеспечивает продолжительный срок работы преобразователей любого вида. Ремонт частотных преобразователей возможен без проблем, в специализированной организации.

Устройства с инверторами по принципу работы

Для работы при больших напряжениях и используют преобразователи с непосредственной (прямой) связью. Прямая связь предопределяет управляемый выпрямитель.

При необходимости перевести ток постоянного напряжения в переменный ток, с изменением параметров напряжения, используют устройства с промежуточным звеном постоянного тока. Различают инверторные модули:

• высоковольтные;
• для применения в однофазных сетях;
• трехфазные, рассчитанные на напряжение 380 вольт, с 6 — диодным выпрямителем.

Иногда применяют устаревшие электромеханические инверторы.

Промышленные частотные преобразователи

Настройка режимов работы электрооборудования с помощью частотного преобразователя обеспечивает:

• скорость вращения двигателей металлорежущих станков;
• подачу жидкостей в насосах;
• температуру и давление газов в вентиляционных системах.

Кроме технологических задач, решаются экономические задачи и вопросы безопасности труда.

Преобразователи в приборах общего пользования

С изменением частот тока работает бытовая техника. Например, стиральная машина. Регулировка скорости, мощности и температуры в домашней технике производится благодаря встроенному преобразователю.

Частотные преобразователи берегут механизмы, экономят электроэнергию, адаптируют работу электрооборудования. Сложно представить современную жизнь без этих устройств.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Что такое преобразователь частоты в напряжение?

Преобразователь частоты в напряжение — это техническое оборудование, которое преобразует токи, частоты, импульсы и другие формы сигналов в пропорциональную электрическую мощность. Выходное напряжение соответствует колебаниям входного сигнала. Они могут модулировать частоты для ограничения выхода, обычно выражаемого в вольтах (v), вольтах постоянного или переменного тока. Это оборудование часто используется в электромеханических средах, например, для оценки реакции двигателя транспортного средства или компонентов безопасности.

Женщина позирует

Преобразователь частоты в напряжение содержит различные фильтры или резисторы-конденсаторы для управления сигналами и уменьшения посторонних полос. Операционный усилитель обрабатывает линейные сигналы. Эти преобразователи используются во многих отраслях и процессах. Они оценивают автомобильные тахометры и спидометры. Преобразователи контролируют время реакции органов управления автомобилем, переключателей и систем безопасности. Информация считывается с энкодеров, таймеров и реле, а выходное напряжение устройств модулируется в пределах программируемых параметров.

Доступные форм-факторы преобразователя частоты в напряжение предназначены для интеграции в широкий спектр систем.Некоторые из них могут быть прикреплены к стене или установлены в стойку. Модульные компоненты укладываются в стопку, в то время как стендовые блоки имеют полный корпус. Другие устанавливаются на компьютерные схемы или внутри корпусов и объединительных плат компьютеров.

Помимо оценки частоты вращения двигателя и времени отклика компонентов, они могут отслеживать данные расходомера.Другие блоки помогают в машинном анализе и управлении. Преобразователи также помогают водителям транспортных средств и пилотам безопасно выбирать соответствующую передачу и конфигурацию дроссельной заслонки в пределах частоты вращения двигателя.

Эта возможность преобразования частоты и электроники предоставляет множество возможностей; делая эту технологию не только обычной, но и жизненно важной составляющей современной промышленности. Некоторые предупреждают водителей о превышении скорости, а также управляют механизмами сцепления, звукового сигнала и блокировки дверей. Другие чувствуют скорость поездов и оценивают объемы движения. Они регулируют скорость аналоговых аудиорекордеров и отсчитывают время работы двигателя. Оборудование для преобразования частоты в напряжение обслуживает не только аналоговую, но и цифровую технику.

Спецификации преобразователя частоты в напряжение могут включать аналоговые или дифференциальные каналы.Дифференциальный канал просто соединяет две разные системы, регулируя напряжение между двумя входами, выдавая соответствующий сигнал. Другие факторы могут состоять из процессов, которые управляют максимальным выходным напряжением; оптическая индукция, магнитная индукция или емкость для изоляции сигналов; и допуски на точность.

Расширение технических рынков и растущая потребность в процессах энергосбережения создают постоянный спрос на эту технологию.Он помогает в анализе, решении проблем и создании автоматизированных систем для промышленных и потребительских товаров. Использование этой технологии улучшает системы безопасности и повышает эффективность различных технологий и отраслей.

Что такое преобразователь частоты — Часто задаваемые вопросы о преобразователе частоты

1. Электронные преобразователи частоты лучше поворотных устройств? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, верно?

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, где есть мощность 50 Гц. Нужен ли преобразователь частоты?

3. Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 В на 380 В.Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и подает 380 В, 50 Гц?

4. Я хочу сэкономить, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

5. Каковы наиболее распространенные области применения твердотельных преобразователей частоты?

6.Какова функция преобразователя частоты?

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о фактах о частотах и ​​преобразователях частоты

---

1. Электронные преобразователи частоты лучше поворотных? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, верно?

Хотя поворотные устройства простые, большие и немного шумные, они чрезвычайно надежны и легко устраняются.При прочих равных мы спросим клиентов, как долго они могут позволить себе отключать преобразователь в случае непредвиденного отказа.

Поворотный агрегат может быть диагностирован почти любым человеком, у которого есть счетчик, примерно за час, а детали можно заказать у множества поставщиков в одночасье. Электронному блоку часто требуется несколько часов для устранения неполадок, а детали можно заказать только через нас. Хотя мы стараемся иметь запасные части под рукой, нам часто приходится отправлять их с одного из наших азиатских заводов, что может занять до двух недель.

Дополнительно электронные блоки имеют средний срок службы 10-15 лет. Роторный агрегат при надлежащем техническом обслуживании может прослужить 50 и более лет.

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, где есть мощность 50 Гц. Нужен ли преобразователь частоты?

Да, для всего, что имеет двигатель, потребуется преобразователь частоты. К сожалению, преобразователь, который будет работать только с одним прибором, будет стоить больше, чем вся бытовая техника в вашем доме.Мы рекомендуем покупать новую технику в той стране, в которую вы собираетесь.

3. Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 В на 380 В. Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и подает 380 В, 50 Гц?

Мы не можем сделать это для поворотных устройств, потому что 380 В при 60 Гц — это не тот двигатель, который мы можем получить. Остается только электронный преобразователь, который стоит намного дороже, поскольку он должен быть больше по размеру, чтобы выдерживать нагрузки двигателя.Гораздо выгоднее полностью отказаться от трансформатора.

4. Я хочу сэкономить деньги, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

Преобразователи частоты по своей природе также преобразуют напряжение. Вы больше не платите за преобразование напряжения. Добавление трансформатора только увеличивает общую стоимость системы.

5. Каковы общие области применения твердотельных преобразователей частоты?

Короткий ответ:

Твердотельные преобразователи частоты идеальны там, где первостепенное значение имеют шум, размер, точность или регулируемость.

Длинный ответ:

Твердотельные преобразователи частоты по своей сути бесшумны, как и компьютеры, причем основной «шум» исходит от вентиляторов принудительного воздушного охлаждения. Это делает твердотельные блоки идеальными для офисных и лабораторных помещений. Кроме того, твердотельная схема обеспечивает точность и аккуратность, ограниченную только суммой расходов, которые клиент желает потратить на предмет.

Типичными ограничениями по этим вопросам являются уровни шума менее или равные 65 децибел (дБ) и точность в пределах 1% для всех значимых параметров.

6. Какова функция преобразователя частоты ?

Преобразователь частоты часто путают с преобразователем частоты, поскольку оба они меняют выходное напряжение, частоту и силу тока. Преобразователь частоты, также называемый приводом с регулируемой скоростью (ASD) или частотно-регулируемым приводом (VFD), используется для изменения скорости, мощности и крутящего момента подключенного асинхронного двигателя в соответствии с требуемыми условиями нагрузки.

Основное различие между двумя технологиями заключается в том, что секция инвертора в преобразователе пытается поддерживать постоянное выходное напряжение и частоту независимо от выходного тока. Привод с регулируемой скоростью изменяет напряжение и частоту с обычно постоянным выходным током для ускорения или замедления нагрузки двигателя. Преобразователи частоты обычно рассчитываются по максимальному выходному току, а преобразователи частоты — по выходной мощности. Во многих корпусах «качество» выходного сигнала, измеряемое «искажением» выходного синусоидального сигнала, лучше в преобразователях, поскольку такая точность не требуется в приводах с регулируемой скоростью.

Вернуться к началу

Преобразователи частоты

— Системы питания и средства управления

Преобразователи частоты

для 400 Гц, 100 Гц, 60 Гц, 50 Гц и 25 Гц

Статический преобразователь частоты:

Трехфазный преобразователь частоты серии SFC использует 6 и 12 импульсов, а также, Топология IGBT для наиболее эффективного твердотельного преобразования частоты. Этот прогресс в цифровых технологиях дает преобразователям PS&C большое преимущество перед другими традиционными преобразователями.Хотя IGBT являются более дорогим решением, компания PS&C избегает использования старых технологий, чтобы обеспечить продукт с невероятными входными данными, позволяющими этой машине поддерживать оборудование в самых экстремальных электрических условиях. Однофазный преобразователь

:

Серия SFC1 (однофазный статический преобразователь частоты) имеет универсальную коммуникационную платформу, позволяющую осуществлять локальный, сетевой или удаленный мониторинг и управление. Коммуникационные пакеты включают последовательный порт RS-232, а также USB.PS&C потратила много времени на разработку этого сложного коммуникационного пакета для сегодняшних технически подкованных клиентов. ИБП с преобразователем частоты

: ИБП

серии UPSC идеально подходит для любой среды, где требуется ИБП для поддержки нагрузки с другой частотой. Это происходит, когда входная и выходная мощность не совпадают. Преобразователи частоты PS&C с резервным аккумулятором доступны от 10 до 300 кВА. Эта машина не только выполнит задачу, но и устранит единую точку отказа.Это повысит эффективность и время безотказной работы. Другими словами, наша машина — идеальное решение для вашего проекта.

Динамический регулятор частоты:

Серия DFR будет обеспечивать такую ​​же бескомпромиссную надежность, как и все оборудование Power Systems & Controls, поскольку оно основано на нашей гибридной роторной технологии. Доступен частотный регулятор от 25 до 500 кВА. Наша приверженность качеству электроэнергии способствовала разработке этого продукта промышленного класса, который будет корректировать частоту и напряжение одновременно.Эта надежность в сочетании с долгим сроком службы дает SERIES DFR явное преимущество перед всеми другими регуляторами, представленными сегодня на рынке.

Преобразователи частоты , также называемые преобразователями частоты , преобразуют мощность 50 Гц и 60 Гц в мощность 400 Гц. Это делается либо с помощью статического преобразователя частоты с двойным преобразованием, либо с помощью мотор-генератора, называемого преобразователем частоты вращения. Преобразователи частоты — это машины, которые преобразуют мощность с одной частоты на другую.Либо с помощью статических преобразователей частоты с двойным преобразованием, либо с помощью мотор-генератора, называемого вращающимся преобразователем частоты. В методе двойного преобразования выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, а инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный. В мотор-генераторной установке это достигается либо изменением скорости вращения генератора в версиях с ремнями и шкивами или коробкой передач, либо с помощью двигателей и генераторов с разным числом полюсов, работающих для достижения того же результата производства. желаемая выходная частота.

Компьютеры и небольшая электроника работают с импульсными источниками питания, способными работать как на частоте 50 Гц, так и 60 Гц. В этом случае единственное, что вам может понадобиться, это преобразователь вилки, поскольку розетки 50 Гц не то же самое, что розетки 60 Гц по следующей причине. Поскольку 60 Гц и 50 Гц работают на разных частотах, вам не нужно подключать оборудование к неправильному источнику питания. Однако, если ваше оборудование работает от напряжения 208 В (которое используется как для 50 Гц, так и для 60 Гц), все может быть в порядке. В противном случае вы рискуете повредить оборудование или нанести себе вред.После того, как вы выпустили дым из оборудования, вы не сможете его снова вставить.

Более крупное и трехфазное оборудование не может работать на неправильной частоте. Это может вызвать повреждение или преждевременный износ оборудования. Оборудование с частотой 50 Гц не может работать с частотой 60 Гц. Если вы заставите оборудование работать за пределами проектных критериев, возникнут проблемы. Скорее всего, сразу оборудование выйдет из строя (помните дым)? Если не сразу, то со временем выйдет из строя от усталости и перегрева.В условиях постоянно растущей мировой экономики оборудование из других частей мира все чаще используется в странах, в которых оно не производилось.

Это обычно приводит к необходимости преобразователя частоты (также называемого частотным преобразователем ). чейнджер ). Это изменит частоту местной электросети (а иногда и ее напряжение) по мере необходимости. В результате он будет совместим с требованиями к питанию оборудования, с которым вы пытаетесь работать (также называемого нагрузкой).

. . .

Какие отрасли промышленности нуждаются в преобразователях частоты:

Конкретные отрасли промышленности предъявляют особые требования к частоте, и это зависит от того, как они подают питание на свое оборудование. Для систем авиации и вооружения требуется 400 Гц, поэтому оборудование, используемое на земле, работающее на частоте 400 Гц, требует поддержки заземления для электрической системы.

Помимо авиации и военных, использующих 400 Гц, Rail использует 25 Гц, 91,66 Гц или 100 Гц для работы своих систем сигнализации.Судовые верфи и лодочные доки требуют преобразования энергии с берега. Суда, построенные в странах с частотой 50 Гц, имеют системы электропитания, работающие на частоте 50 Гц. В этом случае вам понадобится преобразователь частоты, который будет соответствовать электрическим потребностям строящихся, ремонтируемых или стыкованных судов. Также существует много уникальных и / или переменных частот, необходимых в лабораториях и испытательных центрах.

Когда оборудование производится в одной стране и используется в другой, есть вероятность, что вам нужно будет не только преобразовать напряжение, но и частоту.Наиболее распространенными частотами являются 50 Гц и 60 Гц, поскольку они используются в в большинстве коммерческих машин , однако есть много приложений, не связанных с этой проблемой, которые нуждаются в преобразователях частоты. Гидроэнергия, например, производит 25 Гц.

Так ПОЧЕМУ так много разных частот? Это очень просто и связано с числом оборотов в минуту, на котором вращается основной производитель энергии. 1500 об / мин = 50 Гц , а 1800 об / мин = 60 Гц с использованием 4-полюсного синхронного генератора. С усилением глобализации мировой экономики потребность в преобразовании частоты возрастает, поскольку транснациональные корпорации из стран 60 Гц ведут больше бизнеса в странах 50 Гц и наоборот.

. . .

Технология преобразователя частоты:

Существует 2 основных типа преобразователей частоты: поворотные преобразователи частоты , изготовленные с использованием двигателя-генератора и твердотельный (статический) преобразователь частоты, изготовленные с использованием полупроводников и энергии. этапы. Роторная машина — это грубая сила в отличие от статической машины. Статический блок предназначен для непромышленных применений. При выборе преобразователя частоты необходимо учитывать и другие факторы.Одним из факторов является то, нужен ли вам преобразователь для поддержания выходной мощности, когда электросеть больше не доступна. В этом случае преобразователь также будет источником бесперебойного питания, называемым ИБП с преобразователем частоты.

Если преобразователю частоты также необходимо очистить нестабильную входную частоту, например, принять плохой частотный диапазон на входе и обеспечить стабильную выходную частоту и напряжение, следует использовать динамический регулятор частоты. Этот блок позволяет использовать очень нестабильную утилиту, производя требуемый результат.

Используя опыт работы в области 400 Гц и первых мэйнфреймов, PS&C предлагает две технологии для решения этой проблемы с преобразователем частоты Частотный преобразователь ; Статические (твердотельные) преобразователи частоты и вращающиеся (мотор-генераторы) преобразователи частоты. Есть несколько факторов, которые помогут определить, какое решение для преобразования частоты подходит для вашего проекта. Группа технических специалистов PS&C поможет вам оценить ваше приложение и выбрать лучшее решение для ваших конкретных требований.

Какие бывают применения преобразователя частоты:

• В Китае открывается завод с производственным оборудованием американского производства (преобразователь 50/60 Гц).
• Небольшой аэропорт решает добавить центр обслуживания и ремонта вертолетов (преобразователь 400 Гц).
• Американский производитель закупает оборудование у европейского завода (преобразователь 50/60 Гц).
• Железная дорога решает увеличить количество путей на новые территории (преобразователь 100 / 25Гц).

Преобразование частоты — Системы питания и элементы управления

60 Гц означает, что форма сигнала мощности циклически повторяется 60 раз в секунду, а 50 Гц означает, что питание будет переключаться 50 раз в секунду.Эти 2 частоты являются основной причиной преобразования частоты в . До 1900-х годов во всем мире с использованием водяных и паровых турбин производилось много частот в диапазоне от 16 Гц до 133 Гц. Однако в начале 1900-х годов электрические сети стандартизировались на мощность переменного тока 50 Гц и 60 Гц. Истоки и настоящие изобретатели были темой для разговоров, но ясно, что Эдисон, Тесла и Вестингауз были вовлечены.

На приведенном выше графике показано различие формы сигнала и причины необходимости преобразования частоты.

В настоящее время электроэнергетические компании США, Канады и Центральной Америки производят электроэнергию с частотой 60 Гц. Это исключает некоторые из очень старых и все еще работающих гидроэлектростанций, которые вырабатывают энергию с частотой 25 Гц. Большинство других стран мира производят электроэнергию с частотой 50 Гц. Япония и 50 Гц, и 60 Гц. Южная Америка разделена с Бразилией и северо-восточными странами с частотой 60 Гц. Остальная часть региона работает на частоте 50 Гц.

ПОЧЕМУ МНЕ НУЖНО ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ:

Небольшие компоненты, такие как компьютеры и небольшая электроника, работают с импульсными источниками питания.Они работают как на частоте 50 Гц, так и на частоте 60 Гц, поэтому единственное, что вам может понадобиться, это преобразователь вилки, поскольку розетки 50 Гц не совпадают с розетками 60 Гц по следующей причине. Поскольку 60 Гц и 50 Гц работают на разных частотах, вы не хотите подключать оборудование к неправильному источнику питания, иначе вы рискуете повредить оборудование или нанести себе вред. Как только вы выпустите дым из оборудования, вы не сможете его снова вставить … Более крупное и трехфазное оборудование не может работать на неправильной частоте, так как неправильная частота может вызвать повреждение или преждевременный износ оборудования.

Оборудование с частотой 50 Гц, неправильно подключенное к источнику питания с частотой 60 Гц, будет работать за пределами проектных критериев. Это, скорее всего, сразу же повредит оборудование (помните о дыме) или приведет к его выходу из строя со временем из-за перегрева. Из-за постоянно растущей мировой экономики и мировых поставок оборудование должно адаптироваться. Обычно это приводит к необходимости преобразования частоты (также называемого преобразователем частоты), чтобы изменить частоту местной электросети (а иногда и ее напряжение), чтобы оно было совместимо с требованиями к питанию оборудования, которое вы пытаетесь использовать (также называемого нагрузкой. ).

СПЕЦИАЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ:

Конкретные отрасли промышленности предъявляют особые требования к частоте, и это зависит от того, как они обеспечивают питание своего оборудования. Для авиации и некоторых систем вооружения требуется 400 Гц. Эти системы создают внутреннюю мощность 400 Гц. Так что же происходит, когда оборудование не работает и обеспечивает внутреннюю 400 Гц? Для этой цели наземный блок питания, также называемый графическим процессором, производит 400 Гц. Электрические системы, используемые на земле, требовали поддержки заземления.

400 Гц используется во многих приложениях для радаров аэропортов и военных. Rail использует 25, 91,66 или 100 Гц для работы своих систем сигнализации. Судовые верфи и лодочные доки требуют преобразования частоты для берегового питания. Суда, построенные в странах с 50 Гц, имеют системы электропитания на 50 Гц. Следовательно, электрическая система требует преобразователя частоты, соответствующего мощности. Также существует много уникальных и / или переменных частот, необходимых в лабораториях и испытательных центрах.

КАКИЕ ТИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ:

Некоторые приложения лучше подходят для вращательного преобразования частоты (также называемого мотор-генераторными установками или вращающимися преобразователями), в то время как другие могут быть более подходящими для статического преобразования частоты (также называемого твердотельным преобразователем). Конвертеры).У каждого типа есть свои преимущества и недостатки. Поэтому некоторые компании будут выпускать оба типа оборудования. Предлагая обе топологии, клиенты могут выбрать то, что им нужно. И избегайте не иметь дела с компанией, которая заинтересована в том, чтобы рекомендовать одну версию вместо другой. Эти результаты представляют собой более надежный источник, который порекомендует наилучшее возможное решение преобразования для данного приложения. Преобразователи частоты обычно изготавливаются любого размера в зависимости от нагрузки.

Вращающийся преобразователь частоты использует генератор для создания истинной выходной синусоидальной волны на желаемой частоте — во многом аналогично энергетическим компаниям.Статический преобразователь частоты использует процесс двойного преобразования с выпрямителем, который меняет входной переменный ток на постоянный. После этого инвертор снова преобразует его в выход переменного тока. И, наконец, волна формирует частоту (и выходное напряжение, если необходимо), что приводит к воссозданию синусоидальной волны. Результирующее преобразование частоты и / или напряжения от любого типа блока подходит для большинства приложений. Цена, срок службы, удобство обслуживания, размер и уровень шума являются решающими факторами при покупке системы преобразователя частоты.

Преобразователь частоты 50 Гц — Power Systems & Controls

КОММЕРЧЕСКОЕ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Если вы живете в Соединенных Штатах, вы можете не знать, что 50 Гц — самая распространенная частота в мире. 60 Гц — это частота, используемая в Северной и Центральной Америке. Поэтому, если вы покупаете изделие с частотой 50 Гц, используемое в США, вам понадобится преобразователь частоты 50 Гц . Таким образом, во всем мире существует большая потребность в преобразователях частоты.Независимо от того, используете ли вы 50 Гц, 60 Гц или 400 Гц, Power Systems & Controls может поддерживать преобразование как с поворотными, так и с твердотельными решениями. Есть 2 типичных различия в мощности от 50 Гц до 60 Гц, напряжении и количестве циклов в секунду (Гц). Преимущество преобразователей частоты PS&C в том, что наши системы одновременно преобразуют как напряжение, так и частоту (герц / Гц).

Что такое преобразователь частоты 50 Гц:

Электрическая система 50 Гц означает, что она выполняет 50 циклов в секунду, а 60 Гц означает, что она выполняет 60 циклов в секунду.Напряжения, которые наиболее связаны с частотой 50 Гц, составляют 415, 400 и 380 напряжения. Из-за эволюции мощности / электричества во всем мире 60 Гц обычно встречается в Соединенных Штатах, а 50 Гц является стандартом в Европе, Южной Америке и т.