В промышленных и бытовых электрических сетях переменного тока частота и напряжение на выходе не изменяются. Для регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя переменного тока применяется специализированное устройство – статический преобразователь напряжения (частотно регулируемый электрический привод). С его помощью осуществляется изменение уровня напряжения, подаваемого на обмотку якоря. В сетях, где используются двигатели переменного тока, частотные преобразователи выполняют функции управляемых выпрямителей.
Частотный преобразователь предназначен для изменения силы тока с частотой 50 Гц в системе электропитания однофазного или трёхфазного асинхронного двигателя. Показатели частот после преобразования в зависимости от условий эксплуатации могут изменяться от 1 до 800 Гц. Большинство промышленных преобразователей – это асинхронные двигатели электроиндукционного типа с фазными роторами.
В силу простоты конструкции, лёгкости использования и ремонтопригодности асинхронные двигатели в значительной мере преобладают перед синхронными. Они широко используются в промышленности, энергетике, электротранспорте, сфере ЖКХ. Для регулировки скорости вращения ротора асинхронного двигателя широко используется ряд устройств и механизмов:
Вышеуказанные устройства имеют ряд недостатков, главные из которых – малый диапазон регулируемых скоростей и низкая экономичность. Для снижения влияния побочных факторов используются частотные преобразователи. Бесспорными преимуществами такого устройства являются:
Перечень задач, которые необходимо выполнить комплексу оборудования при преобразовании частот, состоит из четырёх пунктов:
Частотный преобразователь состоит из следующих составных частей:
Самый маленький преобразователь частоты легко умещается на ладони. Он предназначен для работы с двигателями мощностью до 1 кВт. А самые мощные ПЧ с трудом умещаются в больших отдельных помещениях. Их задача – обеспечить корректную работу сети с двигателями мощностью до нескольких мегаватт.
Преобразователи частоты, применяемые в сетях с асинхронными электродвигателями, подразделяются на два класса:
В таких схемах используются два типа связей :
Управление преобразованием также осуществляется двумя способами:
При выборе схемы частотного преобразователя необходимо обратить внимание на несколько очень важных параметров:
Асинхронный двигатель устроен таким образом, что в момент торможения энергия движется в обратном направлении – к преобразователю. Это приводит к увеличению напряжения в сет и постоянного тока. Потери мощности определяют степень интенсивности торможения двигателя. Частотные преобразователи построены таким образом, что мощность торможения может составлять до 20% номинала. Это происходит за счёт собственных потерь ПЧВ. Этого вполне достаточно, если кинетическая энергия и время торможения не очень велики.
Для быстрого торможения необходимо воспользоваться тормозным резистором и ключом. Резистор включается в схему к шине постоянного тока для рассеяния энергии, поступающей от электродвигателя. Это делается для того, чтобы не допустить блокировки частотного преобразователя. Как правило, преобразователи для работы в сетях большой мощности комплектуются встроенными тормозными ключами. Это необходимо в схемах подъёмных механизмов, транспортёров, станков с дискретными режимами работы.
Тормозной резистор балластного типа имеет корпус из керамики. Необходимая степень защиты – IP00. Сопротивление резисторов – 80 Ом (мощность 1 кВт) и 400 Ом (мощность 200Вт). В одном номинале мощности ПЧВ используется на выбор две схемы:
Это делается для того, чтобы была обеспечена нужная мощности в момент торможения. Продолжительность включения должна составлять не менее 10% времени полного цикла.