Что такое частотный преобразователь

Что такое частотно-регулируемый электропривод?!

Выбираем преобразователь частоты…

Вы когда-нибудь бывали на промышленном предприятии Заходишь в цех, а там все грохочет, ухает, поднимается, опускается, режется, крутится - одним словом, движется. Если это не про вас, то можете дальше эту статью не читать - все, что в ней написано, так или иначе связано с движением. Часто от того, как происходит это движение, зависит качество и стоимость конечного продукта, будь то автомобиль или горячая вода из котельной.

А движение зависит от двигателя. Какой двигатель сегодня самый дешевый и надежный, а потому и самый распространенный? Правильно, асинхронный. Асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, если уж быть точным и оказать нашему двигателю почет и уважение. А то ведь обидится и сгорит ненароком, и будет простой оборудования и не до выпуск продукции.

Капризный он парень, да и упрямый временами. Семикратный пусковой ток ему обеспечь, тепловую защиту настрой... И он согласится быстро крутиться.

А если нам быстро не надо? Если нам не нужны его 2950 оборотов в минуту? Правильно, можно найти двигатель помедленнее, тогда будет 1480 или что-то вроде этого. Или 950.

А если надо 2300? Или надо менять скорость, подбирая оптимальную именно для этого бревна или этой партии досок?

Придется ставить редуктор или вариатор. Но редуктор переключает скорости ступенчато, да и останавливать все для этого надо, а вариатор уж больно капризен...

Асинхронный двигатель - это Характер!

Вот и придумали люди преобразователь частоты - прибор, способный договориться с асинхронным двигателем и в обмен на облегчение его жизни получить возможность плавного регулирования скорости и при этом еще и снизить потребление электроэнергии. Говоря сухим техническим языком, преобразователь частоты дает нам следующие основные преимущества:

оперативное автоматическое или ручное управление скоростью или параметром, который от этой скорости зависит;
экономию электроэнергии при замене других способов регулирования;
снижение пусковых токов до минимально необходимых для реализации пуска;
снижение ударных нагрузок на механизм при пуске;
комплексную защиту двигателя и механизма.

Это далеко не полный перечень функций преобразователя частоты, но даже перечисленные свойства позволяют обеспечить на порядок лучшую управляемость оборудования и существенное увеличение срока его эксплуатации. Однако за все эти заманчивые возможности придется заплатить немаленькую сумму, и уж очень не хочется ошибиться в выборе модели, которая будет решать именно ваши проблемы. Попробуем с этим выбором разобраться. Собственно, покупка преобразователя не сложнее покупки автомобиля, то есть, скорее всего, ваш новый автомобиль будет ездить, но как быстро, комфортно и долго - это вопрос.

Итак, предположим, что двигатель у нас уже есть. При выборе преобразователя большинство пользователей опираются на мощность двигателя "Р = кВт".

Как правило, мощности двигателя и преобразователя совпадают, однако существуют двигатели (например, серия ВАСО), номинальный ток которых существенно превосходит стандартное для данной мощности значение. Не вдаваясь в подробности конструкции асинхронных машин, отметим лишь, что необходимая мощность преобразователя может оказаться существенно выше номинальной мощности двигателя, а поскольку ограничивающим фактором при работе преобразователя является его номинальный ток, нужно выбирать модель, номинальный ток которой не ниже номинального тока вашего двигателя. I = Ампер

Второй вопрос - характер нагрузки. Если нагрузкой двигателя служит циркуляционный насос или вентилятор, то момент нагрузки пропорционален квадрату скорости. Такая нагрузка даже носит название "насосной" и является самым легким вариантом для двигателя. Всякую нагрузку, отличающуюся от этой, в первом приближении можно считать не зависящей от скорости. Многие производители выпускают серии преобразователей специально для насосов, и они, как правило, дешевле. Другие фирмы допускают использование стандартных моделей с насосами большей мощности, что также оказывается выгоднее.

Еще один существенный момент - перегрузки двигателя (продолжая аналогию с выбором автомобиля вы предпочитаете спокойный или спортивный тип вождения?).

У насосов и вентиляторов перегрузок практически нет, но для других механизмов этот вопрос очень важен. Перегрузочная способность различных моделей преобразователей частоты может сильно различаться. Поэтому для выбора преобразователя нужно знать характер перегрузок именно вашего механизма, в частности: каков уровень перегрузок, какова их длительность и как часто они появляются.

Частотно-регулируемый электропривод

Частотный преобразователь - эффективный способ Экономии!

Частотный преобразователь (или частотно-регулируемый электропривод) - это статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения асинхронных электродвигателей переменного тока.

Асинхронные электродвигатели просты по своей конструкции и удобны в обслуживании, поэтому имеют значительное преимущество перед электродвигателями постоянного тока. Этот факт обуславливает их однозначное преобладание и повсеместное применение практически во всех отраслях промышленности, энергетики и т.д.

Регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно производить посредством различных по своему составу и принципу действия устройств. Так, например, наиболее известными и распространенными устройствами являются следующие:

Гидравлическое устройство - гидравлическая муфта.
Механическое устройство - механический вариатор.
Электрические устройства:

электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)
дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
статический преобразователь частоты

При использовании частотных преобразователей отсутствуют все недостатки, присутствующие при использовании остальных устройств, а именно:

низкое качество регулирования
малый диапазон регулирования
низкая экономичность
сложности в применении
сложность эксплуатации и обслуживания

Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя.

КПД такого преобразования очень высокое и составляет порядка 98%. При этом из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки.
Микропроцессорная управляющая система обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая тем самым возможность возникновения аварийных ситуаций.

Состав силовой части такого преобразователя приведен на рис.1.

входной неуправляемый выпрямитель
звено постоянного тока с LС-фильтром
автономный инвертор напряжения с ШИМ

Частотный преобразователь необходим для решения стандартных проблем практически любого предприятия или организации, например таких как:

экономия энергоресурсов
снижение затрат на плановые ремонтные работы и капитальный ремонт
увеличение срока службы технологического оборудования
обеспечение оперативного управления и достоверного контроля за ходом выполнения технологических процессов

Значительная экономия электроэнергии достигается при одном условии - приводной механизм должен что-либо регулировать (поддерживать какой-либо технологический параметр):

если используется насос, то необходимо регулировать расход воды, давление в сети или температуру чего-либо охлаждаемого или нагреваемого
если используется вентилятор или дымосос, то регулировать нужно температуру или давление воздуха, разрежение газов
если используется конвейер, то часто бывает нужно регулировать его производительность
если используется станок, то нужно регулировать скорости подачи или главного движения

Можно выделить типовые механизмы, эксплуатационная и экономическая эффективность которых значительно увеличивается при внедрении частотных преобразователей и систем автоматизации на их базе:

насосы, вентиляторы, дымососы;
конвейеры, транспортеры;
подъемники, краны, лифты и др.

Особый экономический эффект от использования частотных преобразователей дает применение принципа частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей.

До сих пор самым распространенным способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня абсолютно доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна на рис.2.

Для дросселирования - в точке Q = 0 (Pmin) задвижка закрыта, а в точке Q = 1 (Pmax) задвижка открыта.

Можно заметить, что при дросселировании энергия потока вещества, сдерживаемого задвижкой или клапаном, просто теряется, не совершая никакой полезной работы.

Применение частотного преобразователя в составе насосного агрегата или вентилятора позволяет просто задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снижение потерь транспортируемого вещества.

В промышленно развитых странах уже практически невозможно найти асинхронный электродвигатель без преобразователя частоты.

Экономическая и техническая эффективность частотно регулируемого привода

Несмотря на кажущуюся значительную стоимость современных преобразователей, окупаемость вложенных средств за счёт экономии энергоресурсов и других составляющих эффективности не превышает в среднем 1,5 лет. Это вполне реальные сроки, а учитывая многолетний ресурс подобной техники, можно подсчитать ожидаемую экономию на длительный период и принять правильное решение.

Самая привлекательная особенность этого оборудования заключается в том, что оно представляет из себя один из наиболее выгодных объектов для инвестирования средств предприятия.

С одной стороны, инвестируя средства в преобразователи частоты для своего производства, предприятие гарантированно возвращает эти средства за период срока окупаемости, а в последующие 15-20 лет предприятие просто получает чистую прибыль.

С другой стороны, сделанные инвестиции ни на минуту не покидают пределов вашего предприятия.

Обоснование технической эффективности внедрения частотного привода

При использовании преобразователя частоты появляются следующие технические возможности:

регулирование скорости от нуля до номинальной и выше номинальной
плавный разгон и торможение
ограничение тока на уровне номинального в пусковых, рабочих и аварийных режимах
увеличение срока службы механической и электрической частей оборудования
высвобождается некоторое оборудование
монтаж частотного преобразователя возможен в стандартной ячейке распредустройства на месте высвобождаемого оборудования

Обоснование экономической эффективности внедрения частотного привода - расчет окупаемости:

Оценим величину экономического эффекта от применения преобразователя частоты Hyundai N700 Е 220HF/300HFP (цена 5730. с НДС) на насосном агрегате мощностью 22 кВт.

Величина экономии электроэнергии при внедрении преобразователей частоты может составлять до 45%. Мы в своих расчетах примем экономию за 20% хотя на практике она может составлять и 40%. Таким образом, для насосного агрегата мощностью 22 кВт и работающего, к примеру, 9 месяцев в году, величина экономии электроэнергии за 1 год составит: