Tag Archives: частотное управление электроприводом

Частотный преобразователь для систем с постоянным моментом

Системы с постоянным крутящим моментом характеризуются незначительным изменением нагрузки при изменении скорости. Их примером являются конвейеры, подъемное оборудование и устройства для смешивания.

Так, например, вес ленты, а часто и груза на ленте конвейера не изменяется в зависимости от скорости движения ленты. Крутящий момент, необходимый для его перемещения, всегда постоянен. Несмотря на то, что моменты трения и ускорения будут изменяться в зависимости от состояния системы, требуемый момент по нагрузке остается в целом постоянным.

Энергетические требования такой системы пропорциональны требуемому моменту и скорости движения. Основным инструментом снижения затрат на электроэнергию в такой системе является прямое снижение скорости при постоянной нагрузке. Часто количество товара, предназначенного для транспортировки на конвейере, не постоянно. Изменение скорости работы конвейера в зависимости от количества товара, требующего транспортировки, не только позволяет обрабатывать поток товара без задержек, но и обеспечивает снижение энергетических требований системы.

Даже если изменение скорости работы конвейера невозможно или нежелательно, многие современные частотные преобразователи обеспечивают некоторое снижение энергозатрат путем регулирования выходного напряжения мотора в зависимости от нагрузки. Таким образом, к примеру, частотный преобразователь, подключенный к 400 В двигателю, находящемуся в режиме ожидания, будет подавать ток с параметрами 380 В, 50 Гц. При повышении нагрузки выходное напряжение повышается соответственно.

Преимущества такого типа управления прямо зависят от качества преобразователя. Снижение энергозатрат, достигаемое за счет описанных здесь функций частотного преобразователя, не всегда оправдывает инвестиций в его покупку напрямую. Но в совокупности с другими преимуществами преобразователей частоты (легкость синхронизации при использовании нескольких двигателей, удобство наладки и переналадки и т.д.) их использование в конечным счете становится экономически оправданным.

 

Структура частотного преобразователя

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты  представлена на рисунке. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.

Схема низковольтного преобразователя частоты

Схема низковольтного преобразователя частоты

Переменное напряжение питающей сети (uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход импульсного инвертора (3).

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

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

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора.

При необходимости на выходе инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (Uвых = var, fвых = var).

Есть также варианты без использования звена постоянного тока, но их доля рынка постоянно снижается в связи с тем, что такой алгоритм провоцирует значительные помехи, хотя и выгоден в плане кпд.

Частотные преобразователи. Вступление

Наш сайт рад представить материалы по одной из наиболее перспективных систем автоматизации.

Системы частотного управления приводами — это данность современного состояния сферы автоматизации, которая очень и очень скоро станет обязательной. Не секрет, что необходимость их использования в ближайшее время будет закреплена в соответствующих законодательных актах.

«Почему?»- спросите Вы.

С удовольствием ответим.

Парк двигателей средней и большой мощности (более 80% от общего числа) укомплектован асинхронными двигателями. Единственный вариант сколько–нибудь гибкого, а тем более интеллектуального управления таким двигателем – управление с использованием частотного преобразователя. Негибкое же управление – это перерасход дорожающей электроэнергии (от 20 до 50 % в зависимости от сферы применения), быстрый износ систем из-за перегрева, гидроудары для насосов и подобные малоприятных вещи.

Возможность частотного управления была обоснована и разработана достаточно давно, однако долгое время применялась мало из-за схемотехнических проблем. Проблемы эти были преодолены. Сегодня в качестве управляющих элементов для мощных приводов используются системы на базе силовых тиристоров (GTO и их улучшенные вариации), для приводов средней и малой мощности используется силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Последние обладают замечательными характеристиками по быстродействию (до 100 КГц), хотя по возможной коммутируемой мощности уступают тиристорным схемам.