Меню

Приводы с частотной регулировкой



Частотный электропривод. Эффективность применения частотно-регулируемых приводов

На сегодняшний день уже невозможно представить современное промышленное производство, транспортные системы, любую сферу жизнедеятельности человека без применения в них электрических двигателей. Для обеспечения непрерывного и энерогоэффективного управления технологическими процессами, в которых используются электродвигатели, применяется частотно-регулируемый привод (ЧРП), основным звеном которого, помимо двигателя, является преобразователь частоты (сокращенно называют – ПЧ, или просто «частотник»).

В связи с развитием микропроцессорной техники и электроники современные частотные преобразователи обладают следующими преимуществами:

  • обеспечение КПД установки до 99%;
  • наличие комплексного набора защит регулируемого электропривода;
  • возможность использования для множества технологических применений;
  • ограничение пусковых токов в пределах 1,2*Iн при запуске двигателя;
  • плавное регулирование скорости вращения двигателя в широком диапазоне частот;
  • возможность рекуперации энергии в питающую сеть для повышения энергоэффективности с помощью рекуператора;
  • наличие необходимых протоколов связи для обеспечения автоматизации и диспетчеризации в общей системе управления АСУ ТП.

Преобразователи частоты являются довольно универсальным приводным устройством, предусмотренным для работы в различных областях промышленности и производства. Но для каждого применения необходимо учитывать технологические особенности функционирования оборудования, которым будет управлять частотник, для оптимального использования имеющегося у преобразователя набора характеристик. Также это напрямую будет влиять на эффективность и бесперебойность работы самого частотника и электроприводного комплекса в целом.

Для понимания особенностей функционирования преобразователя частоты подробнее рассмотрим его устройство.

Устройство и принцип работы преобразователя частоты

Частотные преобразователи реализуют по схеме, состоящей из силовой и управляющей части. Силовая часть содержит в себе транзисторные, либо тиристорные элементы, работающие в качестве электронных ключей. Регулирование их работы производится при помощи цифровых микропроцессоров, которые помимо управления «ключевой» схемой еще выполняют функции защиты, диагностики и сопряжения с внешней системой управления преобразователем частоты.

В зависимости от принципа построения силовой части преобразователи можно разделить на 2 типа:

  • преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока;
  • без звена постоянного тока (ПЧ с непосредственной связью).

Одним из первых типов преобразователей частоты были именно «частотники» с непосредственной связью. Силовая часть данных устройств основывалась на тиристорных элементах и представляла собой управляемый выпрямитель.

При работе ПЧ группы тиристоров в определенной последовательности открывались, подавая напряжение на обмотки двигателя. Выходное напряжение таких преобразователей имело «пилообразную» форму, а его частота не могла превышать частоту питающей сети. Диапазон регулирования в преобразователях частоты без звена постоянного тока довольно мал – не более 1:10, что является недостаточным в современных реалиях управления технологическими объектами. Вследствие чего, в настоящий момент применение ПЧ подобного типа ограничено для большинства применений в связи с высокими требованиями, которые предъявляются к характеристикам входного напряжения и диапазону регулирования.

Вышеназванные недостатки ПЧ с непосредственной связью были решены в современных преобразователях частоты со звеном постоянного тока, силовая часть которых состоит из выпрямителя, фильтра и транзисторного инвертора.

Типовая схема и принципы работы ПЧ со звеном постоянного тока показаны на рисунке:

В таких устройствах питающее напряжение преобразовывается дважды: входное напряжение выпрямляется в выпрямителе (1), сглаживается на фильтрующих элементах (2), и далее преобразуется в инверторе (3) в выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). При необходимости на инверторном выходе до двигателя устанавливается моторный дроссель (4) для сглаживания токовых пульсаций.

На инверторе постоянное напряжение преобразуется в трехфазное переменное с изменяемой частотой и амплитудой. Микропроцессорное устройство в ПЧ подает сигналы управления на силовые транзисторы инвертора, формируя практически синусоидальный сигнал необходимой формы. Наибольшая ширина сигнальных импульсов – в середине полупериода, а в начале и ближе к окончанию полупериода она уменьшается, тем самым обеспечивая ШИМ-модуляцию напряжения, которое подается на обмотки двигателя.

Подобное построение силовой части ПЧ позволило преобразователям со звеном постоянного тока обеспечить:

  • широкий диапазон регулирования (до 1: 10 000);
  • быстродействие электроприводного комплекса в целом;
  • возможность регулирования частоты вращения на низких оборотах двигателя;
  • снижение уровня высших гармоник ПЧ и пульсации момента;
  • увеличение срока службы преобразователя частоты и управляемого им электродвигателя .

Относительно алгоритмов контроля и управления работой преобразователей частоты на практике подразделяются следующие методы управления:

  • скалярное управление;
  • векторное управление.

Скалярное (частотное) управление электродвигателем переменного тока используют там, где требуется поддерживать постоянным отношене напряжения к частоте.

Векторный принцип управления относительно скалярного – более производителен, имеет широкий диапазон и точность регулирования (в том числе на малых оборотах двигателя).

Метод управления выбирается в зависимости от требований, которые необходимы для выполнения технологического процесса.

Читайте также:  Регулировка форсунок isuzu c240

Более подробно о различиях и особенностях применения скалярного и векторного метода регулирования можете прочесть в одной из наших предыдущих статей .

Пример эффективного применения ЧРП

В качестве одного из объектов частотно-управляемого привода, где применение ПЧ качественно повышает эффективность всего технологического процесса, можно привести в пример подъемные механизмы, в частности – лифтовое оборудование. Учитывая тяжелые условия эксплуатации подобного оборудования, повторно-кратковременные режимы при частых включениях/отключениях, установка частотно-регулируемого привода является эффективной возможностью увеличения технологичности и оптимизации подъемных процессов, позволяя:

  • Существенно снизить энергопотребление привода (в среднем, частотный электропривод для управления лифтовым оборудованием экономит до 40% электроэнергии (по сравнению с применениями без ПЧ).
    Тем самым значительно уменьшаются затраты на энергоресурсы и есть возможность в минимальные сроки окупить средства, которые были вложены в модернизацию.
  • Осуществлять плавный запуск, разгон и остановку лифтовых механизмов, обеспечивая необходимое значение крутящего момента двигателя на небольшой частоте вращения и режим “противоотката” кабины лифта.
    Это позволит увеличить срок службы электродвигателей и механических частей механизма, уменьшить затраты на техническое обслуживание приводного комплекса, гарантировать оптимальный рабочий режим лифта.
  • Дополнить защитные функции системы.
    Данная опция позволит комплексно защитить привод по токовой перегрузке, перенапряжению, утечек, фазных обрывов и т.д.
  • Выполнить сброс излишней энергии при остановке приводного механизма.
    Это осуществляется при помощи подключаемых к частотнику тормозных резисторов, либо посредством рекуператоров энергии для максимально эффективного управления частотным приводом (в этом случае излишняя энергия будет возвращаться обратно в питающую сеть).
  • Модернизировать производственный цикл за счет широких возможностей управления работой привода и процессами торможения.
    Применение ПЧ обеспечивает точное регулирование скорости движения и положения кабины с помощью датчиков обратной связи (диапазон регулирования скорости 1:1000, точность поддержания скорости составляет 0,01%).

По статистике подобных применений, при внедрении преобразователей в лифтовых системах окупаемость частотного регулируемого привода не превышает 2 лет. При этом сокращаются затраты на обслуживание и ремонт лифтового электропривода.

Выводы

Применение преобразователей частоты при управлении электроприводами позволяет напрямую подстраивать регулируемые производственные характеристики (температуру, давление, скорость движения рабочих механизмов) под различные нужды с сохранением высокого КПД, обеспечивая при этом существенное снижение энергопотребления. Поэтому внедрение частотно-регулируемого привода позволяет решать задачи не только в области автоматизации процесса производства, но и в сфере энергосбережения.

Осуществляя на практике подбор частотного регулируемого привода, необходимо оценить требования, которые предъявляются к объекту управления – это диапазон и точность регулирования, необходимость удержания определенного момента на валу двигателя (в частности, при небольших частотах вращения) и требования к работе электропривода в аварийных ситуациях.

По вопросам подбора оборудования применительно к вашим техническим требованиям
и условиям применения обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация»

Подписывайтесь, чтобы не пропускать новые публикации.

Источник

Что такое частотно-регулируемый привод?

Регулируемый электропривод предназначен для управления двигателем путем контроля параметров. Скорость прямо пропорциональна частоте. Поэтому, варьируя частотой, можно поддерживать скорость вращения вала мотора, заданную согласно технологии. Пошаговое описание рабочего процесса для частотно-регулируемого привода (ЧРП) выглядит примерно так.

  1. Шаг первый. Преобразование диодным силовым выпрямителем одно- или трехфазного входного тока в постоянный.
  2. Шаг второй. Контроль преобразователем частоты за крутящим моментом и скоростью вращения вала электродвигателя.
  3. Шаг третий. Управление выходным напряжением, поддерживание постоянного соотношения U/f.

Устройство, выполняющее на выходе системы обратную функцию генерации постоянного тока в переменный, именуется инвертором. Избавление от пульсаций на шине достигается путем добавления дросселя и конденсатора фильтра.

Как выбрать частотно-регулируемый электропривод

Преобладающее число частотных преобразователей изготавливаются со встроенным фильтром электромагнитной совместимости (ЭМС).

Различаются такие виды управления, как скалярное, бездатчиковое и датчиковое векторное, и др. Согласно заданным приоритетам в принятии управленческих решений, приводы выбираются по:

Если ЧРП предназначен для асинхронного двигателя с большим сроком эксплуатации, то рекомендуется выбирать частотный преобразователь с завышенным током на выходе.С помощью современных преобразователей частоты возможно управление с пульта, по интерфейсу или комбинированным методом.

Технические особенности применения частотного электропривода

  1. Для обеспечения высокой производительности можно свободно переключаться на любой режим в настройках.
  2. Практически все устройства обладают диагностическими функциями, что позволяет быстро устранить возникшую неполадку. Однако рекомендуется в первую очередь проверить настройки, исключить вероятность непроизвольных действий работников.
  3. Регулируемыйприводможетсинхронизировать конвейерные процессы, либо задавать определённое соотношение взаимозависимых величин. Сокращение оборудования ведёт к оптимизации технологии.
  4. В состоянии автонастройки параметры двигателя автоматически заносятся в память преобразователя частоты. Благодаря чему повышается точность вычисления момента, и улучшается компенсация скольжения.

Область применения

Производителями предлагается широкий ассортимент приводов, используемых в областях, где задействованы электродвигатели. Идеальное решение для всех видов нагрузки, в том числе насосов и вентиляторов. Системы среднего класса используются на угольных электростанциях, в горнодобывающей промышленности, на мельницах, в жилищно-коммунальном хозяйстве и т. д. Диапазон номиналов выглядит таким образом: 3 кВ, 3.3 кВ, 4.16 кВ, 6 кВ, 6.6 кВ, 10 кВ и 11 кВ.

Читайте также:  Как отрегулировать капот ланос

С появлением регулируемого электропривода контроль давления воды у конечного потребителя не вызывает проблем. Интерфейс с продуманной структурой сценариев отлично подходит для управления насосным оборудованием. Благодаря компактной конструкции, привод может быть установлен в шкаф различного исполнения. Продукты нового поколения обладают свойствами передовой техники:

  • высокая скорость и точность управления в векторном режиме;
  • существенная экономия электроэнергии;
  • быстрые динамические характеристики;
  • большой низкочастотный вращающий момент;
  • двойное торможение и т. д.

Назначение и технические показатели

Комплектные ЧРП напряжением до и выше 1 кВ (предназначенные для приема и преобразования энергии, защиты электрооборудования от токов КЗ, перегрузки) позволяют:

  • плавно запускать двигатель, а, следовательно, уменьшать его износ;
  • останавливать, поддерживать частоту вращения вала двигателя.

Комплектные ЧРП шкафного исполнения до 1кВ выполняют те же задачи по отношению к двигателям с мощностью 0,55 – 800 кВт. Привод нормально работает, когда напряжение в электросети находится в пределах от -15% до +10%. При безостановочной работе снижение мощности наступает, если напряжение составляет 85%-65%. Общий коэффициент мощности cosj = 0,99. Выходное напряжение автоматически регулируется посредством автоматического включение резерва (АВР).

Преимущества использования

С точки зрения оптимизации и потенциальные преимущества предоставляют возможность:

  • регулировать процесс с высокой точностью;
  • удалённо диагностировать привод;
  • учитывать моточасы;
  • следить за неисправностью и старением механизмов;
  • повышать ресурс машин;
  • значительно снижать акустический шум электродвигателя.

Заключение

Что такое ЧРП? Это мотор-контроллер, который управляет электродвигателем за счет регулировки частоты входной сети, и одновременно защищает агрегат от различных неисправностей (токовой перегрузки, токов КЗ).

Электрические приводы (выполняющие три функции, связанные со скоростью, управлением и торможением) являются незаменимым устройством для работы электродвигателей и других вращающихся машин. Системы активно применяются во многих сферах производства: в нефтегазовой отрасли, атомной энергетике, деревообработке и др.

Источник

Частотно-регулируемые приводы и устройства плавного пуска: грамотный подход к выбору необходимого оборудования

Во всем мире, в том числе и в нашей стране, на сегодняшний день является актуальной задача преобразования электрической энергии в механическую. Для этой задачи используются различные электроприводы, позволяющие управлять работой синхронных и асинхронных двигателей, которые в свою очередь приводят в движение необходимый механизм, будь то насос или конвейер. Для решения этих задач может применяться разное оборудование — в основном это частотно-регулируемый привод и устройство плавного пуска. В этой статье будут рассмотрены основные принципы работы этого оборудования, а также рекомендации по выбору нужных приборов для решения производственных задач.

Начнем с терминологии.

Частотно-регулируемый привод (ЧРП, частотный преобразователь, ПЧ) это устройство для управления синхронным и асинхронным двигателем, состоящее из двух основных функциональных модулей:

  1. Выпрямитель (моста постоянного тока) — преобразует переменный ток промышленной частоты и амплитуды в постоянный.
  2. Инвертор — осуществляет преобразование постоянного тока в переменный нужной частоты и амплитуды.

В результате двигатель сохраняет номинальный момент на валу и движется с необходимой скоростью.

Устройство плавного пуска (УПП) — устройство для плавного безударного пуска с ограничением пускового тока, длительной работы в номинальном режиме и торможения высоковольтных асинхронных электродвигателей.

Итак, остановимся подробнее на выборе устройств.

Выбор частотно-регулируемого привода

При выборе модели ЧРП необходимо обратить внимание на следующие моменты.

Чем шире мощностной ряд, тем больше механизмов, которыми можно будет управлять с помощью данного ЧРП. Сохраняется тип подключения, опциональные компоненты. На выходе — большое число задач, решаемых работой одного прибора.

В России качество многих сетей на сегодняшний день оставляет желать лучшего. Потому характеристика входного напряжения часто бывает величиной нестабильной. Данная проблема частично решается посредством установки дросселей на входе преобразователя. Однако, чем заявленный диапазон входного напряжения ЧРП шире, тем лучше.

— Режимы управления ЧРП.

Существуют различные способы управления ПЧ. Наиболее распространенные: программируемый логический контроллер, компьютер, встроенная панель или выносной пульт, а также напрямую через клеммы управления.

Преобразователи частоты могут работать в скалярном и векторном режимах.Скалярный режим более простой, но при этом имеет свое преимущество: возможность управления более мощными электродвигателями при сохранении тех же силовых элементов в цепи. Применяется чаще всего при работе с насосами, вентиляторами и конвейерами. Векторный режим в отличие от скалярного обеспечивает управление магнитным потоком ротора. При выборе такого управления, возможно работать с двигателем как в обычном режиме, так и в режимах с повышенной точностью задания скорости или момента на валу.

Читайте также:  Как регулировка тормозного крана на полуприцепе крона

— Диапазон регулирования частоты. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости электродвигателя. Верхний предел является значимой величиной при работе с двигателями высокой номинальной частоты до 800 Гц.

Это основные параметры, на которые необходимо обращать внимание при выборе ЧРП. Разумеется, здесь представлены не все характеристики ПЧ. В любом случае, если нет уверенности в правильности сделанного выбора, лучше обратиться к специалистам. Квалифицированные специалисты Корпорации Триол всегда рады Вашему звонку или письму.

Выбор устройства плавного пуска

Принцип работы УПП основан на ограничении напряжения сети на нагрузке при помощи симисторов или тиристоров, включенных встречно-параллельно. Исходя их этого, регулируются ток и напряжение на двигателе. УПП предназначается для разгона и останова асинхронного двигателя, имеющего высокий пусковой момент. При выборе УПП необходимо остановиться на следующих свойствах.

После запуска двигателя с нагрузкой устройство желательно вывести из силовой цепи по двум причинам:

1. УПП необходимо подготовить к последующей работе, соответственно прибору нужно дать остыть после пуска;

2. Минимизируются потери из-за падения напряжения на симисторах. Этого можно достичь, соединяя пофазно вход и выход УПП шунтирующим контактором. Однако тепловые потери на силовых ключах намного меньше потерь на УПП в режиме пуска даже при длительном протекании силового тока. Поэтому некоторые УПП производятся и без шунтирующего контактора.

По элементной базе разделяют на аналоговые и цифровые УПП.

По числу ключей в фазах УПП делятся на неполнофазные (имеющие ключи в 1…2 фазах) и полнофазные (имеющие ключи во всех фазах). Полнофазные УПП обеспечивают симметричное распределение токов по фазам.

— Контроль величины тока.

Чаще всего УПП, не имеющие функции контроля тока, повышают за определенное время напряжение на двигателе от начального до номинального значения. Если же стоит задача ограничения тока, без данной функции не обойтись. В случаях, когда наблюдается ограниченная мощность сети, существует вероятность аварии из-за превышения предельно допустимого тока. УПП, имеющие данную функцию, способны обеспечить плавное нарастание тока в начале процесса пуска.

При подаче на электродвигатель постоянного тока происходит его интенсивное торможение. Функция УПП подачи тока на обмотку чаще всего применяется в системах, которые могут двигаться сами собой при отсутствии тормоза, — подъемники, фуникулеры.

УПП имеет ряд защит двигателя и механизма. В этот комплекс входят: защита от перекоса фаз, изменения чередования фаз, перегрева радиаторов УПП, защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи, слишком маленького тока, от снижения частоты. Но стоит оберегать прибор от короткого замыкания в цепи нагрузки, в противном случае УПП может выйти из строя. Однако при правильном монтаже короткое замыкание — процесс не мгновенный, и прибор, скорее всего, просто отключится при снижении сопротивления нагрузки. Но, прежде чем снова запускать его в работу, необходимо устранить причину, приведшую к короткому замыканию.

На сегодняшний день различные отрасли российской промышленности применяют электропривод переменного тока для решения своих задач: водоснабжение, энергетика, атомная, оборонная промышленности, нефтегазовая отрасль, автоматизированное производство, крановое и лифтовое производство, вентиляция, кондиционирование. Помимо перечисленных характеристик, у преобразователя частоты и устройства плавного пуска, также важны и другие параметры: номинальные мощность и ток двигателя, напряжение питания, число пусков в час, длительность пуска/останова, пусковой ток.

Преобразователи частоты и устройства плавного пуска с фирменным логотипом «Триол» работают и на северных заснеженных просторах, и в Волгоградских степях, и в Сибири, и на жарком черноморском побережье. Перечислить все машины и механизмы, в приводах которых установлено оборудование «Триол», представляется вообще весьма затруднительным. Вот лишь небольшая часть из всего многообразия:
мельницы, дробилки, грануляторы, экструдеры, массажеры, волчки, куттеры, гомогенизаторы, жом-прессы, этикетировочные аппараты, укупорочные машины и много чего еще специфического. Сюда же следует добавить и привычные слуху насосы, вентиляторы, транспортеры, конвейеры, технологические линии.
В любой точке России Корпорация «Триол» предоставляет качественное сервисное обслуживание и практические консультации по вопросам внедрения и использования продукции. Услуги сервисной поддержки представлены 9 сервисными центрами, расположенными в разных регионах страны для обеспечения максимальной логистики и оперативного реагирования на возможные проблемы, возникшие у наших клиентов.

Источник: Андрей Степанов, Корпорация «Триол»

Источник

Adblock
detector