Частотные преобразователи

- Плавный пуск двигателя. Это позволяет избежать, во-первых, броска тока при старте, который может повлиять на работу других потребителей в сети, а, во-вторых, позволяет избежать механических ударных нагрузок при старте, которые могут повредить оборудование.

- Регулируемое ускорение. С помощью частотного преобразователя разгон двигателя может быть ускорен или замедлен.

Разгон двигателя контролируется в соответствии с настраиваемой характеристикой ускорения.

- Регулирование скорости. Простые преобразователи частоты регулируют не скорость двигателей напрямую, а частоту питающего тока, которая уже линейно влияет на скорость вращения привода. Возможно создание более сложных замкнутых контуров с обратной связью, в которых установлен датчик скорости двигателя или тахометр, подающие обратный сигнал на преобразователь частоты. Инвертор частоты в этих случаях позволяет точно регулировать число оборотов. 

-  Управляемое замедление. Иногда при выключении двигателя требуется обеспечить более быстрое или наоборот более медленное торможение двигателя, чем естественное замедление под действием момента сопротивления механизма (остановка выбегом). Частотный преобразователь позволяет изменять момент торможения и соответственно ускорить или замедлить остановку двигателя на заданное время.

- Изменение направления вращения. Многие современные частотные преобразователи поддерживают эту функцию. Реверсивная функция, например, может быть очень полезна при работе винтовых насосов. Это позволяет перемещать перекачиваемую среду в обоих направлениях.

- Встроенная защита. Многие модели преобразователей частоты имеют встроенную защиту от:

* короткого замыкания между фазами или между фазой и землей;

* от скачков напряжения как в большую, так и в меньшую сторону;

* от дисбаланса фаз.

- Если двигатель работает на сильно пониженной частоте, но под нагрузкой, то он начинает хуже охлаждаться. Вентилятор охлаждения жестко закреплен на валу двигателя и вместе с двигателем начинает вращаться медленнее. При длительной работе на сильно пониженной частоте двигатель может перегореть, поэтому для работы в паре с инверторами частоты используют специальные модели двигателей, оснащенных независимым вентилятором охлаждения. Частота вращения таких вентиляторов не зависит от скорости вращения вала двигателя. 

- При серьезном понижении частоты вращения понижается КПД электродвигателей. Введение новых европейских стандартов энергоэффективности двигателей (IE2, IE3, IE4) как раз рассчитано на увеличение КПД двигателей при работе на низких оборотах, то есть как раз в паре с частотными преобразователями. Однако в России такие стандарты пока еще далеки от реализации.

Существует два основных метода управления скоростью двигателя: скалярное (U/f) и векторное.

При использовании метода U/f скорость двигателя задается изменением частоты тока на выходе из преобразователя частоты. Никаких сложных математических вычислений управляющему блоку выполнять не приходится.

Этот тип управления довольно просто реализуется, но имеет ряд недостатков:

- Скорость вращения двигателя будет зависеть от нагрузки. При увеличении нагрузки скорость будет падать и наоборот. Если не использовать датчик скорости, то фактическая частота вращения вала будет неизвестна.

- Невозможно регулировать крутящий момент двигателя, если не использовать очень дорогостоящий датчик крутящего момента. 

Несмотря на недостатки скалярного метода он наиболее популярен в силу простоты реализации. При регулировании работы насосов и компрессоров этого метода вполне достаточно.

Векторное управление основано на управлении вектором магнитного потока и позволяет гораздо более гибко управлять параметрами тока. Оно было разработано в начале 1970-х годов компанией Siemens и предполагает использование математической модели электродвигателя.

 

Векторный метод позволяет управлять как скоростью, так и моментом вала гораздо точнее, чем при U/f управлении. Оба параметра при этом могут регулироваться независимо друг от друга и с малой инерцией (то есть время выхода на нужное значение параметров минимальное). К недостаткам векторого управления можно отнести меньшую надежность, особенно при использовании дополнительных датчиков на валу двигателя, которые могут выйти из строя.

 

При векторном управлении КПД электродвигателя выше. Особенно различие проявляется на малых оборотах (500-1000). При росте числа оборотов (2000-3000) разница в значениях КПД сокращается.

 

В частотный преобразователь требуется заложить следующие параметры двигателя:

- номинальное напряжение двигателя;

- номинальная частота тока статора;

- номинальный ток статора;

- номинальная скорость;

- косинус двигателя. 

Обычно эти данные берутся с шильдика электродвигателя, но для задач особо точного регулирования все параметры двигателя измеряются специалистами непосредственно при настройке частотного преобразователя.

 

Векторное управление может быть реализовано как с дополнительным датчиком  скорости на валу двигателя (полное векторное управление) так и без него. Для большинства задач достаточно бездатчиковых систем (диапазон регулирования до 1:100, а точность управления скоростью +/- 0,1-0,2%). Установка датчиков позволяет повысить диапазон управления до 1:10000, а точность регулирования скорости до 0,01%.