Промышленные частотные преобразователи

Как управлять производительностью насоса?

В промышленных условиях наиболее часто применяются трехфазные асинхронные двигатели. Простота их конструкции, надежность и дешевизна – вот те решающие факторы, которые позволяют использовать их во многих станках, агрегатах и механизмах. В большинстве случаев двигатели работают по принципу «включен – выключен».

Например, почти во всех металлорежущих станках регулирование частоты вращения шпинделя осуществляется за счет механической коробки передач. При этом не требуется регулирования частоты вращения двигателя для изменения или поддержания в норме какого-нибудь технологического параметра. В качестве такого параметра можно рассмотреть, например, давление на выходе обычного водяного насоса, применяемого в водопроводных системах. С этим параметром знаком каждый из нас,- достаточно утром открыть кран умывальника.

Лет двадцать назад задача регулирования давления на выходе насоса решалась за счет управления задвижкой. Если требовалось увеличение давления на выходе, то задвижку открывали, для снижения ту же задвижку приходилось прикрывать. Регулирование производилось так же, как краном в ванной комнате. Такими манипуляциями занимался дежурный оператор, ориентируясь на показания манометра.

Позже такой же принцип регулирования стали использовать и в системах автоматизации управления водопроводом, где функцию упомянутого оператора выполняли датчики и контроллер, а в ряде случаев еще и персональный компьютер. Справедливости ради надо заметить, что такой способ управления очень широко применяется до сих пор, хотя повсеместно от него стараются избавиться.

Такую систему регулирования можно сравнить с автомобилем, у которого двигатель будет постоянно включен на полный газ. Тогда скорость движения изменяется лишь степенью нажатия на педаль тормоза. Очевидно, что расход топлива все время максимальный, большая часть бензина просто бесполезно улетает в выхлопную трубу, а износ тормозной системы будет полным и быстрым. Сравнение, может не слишком удачное, но достаточно похожее: в случае с электрическим насосом вместо бензина впустую расходуется электроэнергия и изнашивается сам насос.

Более оптимальным для управления производительностью насосов и другого оборудования, требующего бесступенчатого регулирования частоты вращения и мощности, в настоящее время стал частотно регулируемый привод. Многие фирмы предлагают широкий спектр разнообразных частотных преобразователей, рассчитанных на решение любых технологических задач. Мощность предлагаемых устройств колеблется в пределах от нескольких сотен ватт, до 500 и более КВт.

Частотный преобразователь – лучший способ управления трехфазным двигателем или коротко о принципах частотного регулирования

Наиболее эффективным способом изменения частоты вращения двигателя переменного тока является частотное регулирование. Его основной принцип в том, что напряжение питания и его частота могут изменяться в соответствии с требуемым соотношением, которое определяется в зависимости от характера нагрузки двигателя.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя, как известно, зависит от частоты источника питания. Поэтому изменением частоты питающего напряжения можно в широких пределах изменять скорость вращения ротора. При этом одинаково хорошо в системах частотного регулирования работают двигатели как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором, что позволяет в полной мере реализовать энергосберегающие технологии.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что для управления частотой вращения асинхронного двигателя прежде всего необходим источник переменного напряжения регулируемой частоты. Массовое производство таких источников стало возможным благодаря созданию полупроводниковых статических преобразователей частоты, или, как их часто называют, частотников.

Созданию частотников способствовало развитие современной элементной базы, прежде всего, специализированных микроконтроллеров и транзисторов структуры IGBT. Очевидно, что использование для этих целей синхронного генератора с регулируемой частотой вращения (когда-то применялись и такие способы) не оправдано ни экономическими ни техническими соображениями.

Современные частотные преобразователи (еще одно название этих устройств «трехфазный инвертор») фирменного производства достаточно универсальны по всем параметрам, обладают высокой надежностью, обеспечивают различные нагрузочные характеристики на электродвигателях, допускают применение электродвигателей различного типа.

Казалось бы, что еще надо? Покупай и работай! Но есть такая неугомонная категория людей, как радиолюбители, которые заинтересовались вопросами регулирования частоты вращения трехфазных двигателей задолго до того, как в продаже появились фирменные промышленные частотные преобразователи.

Впрочем, и фирменные устройства не прекратили радиолюбительских исследований в этой области: до сих пор на страницах радиолюбительских журналов появляются схемы частотных преобразователей. Конечно, повторять сейчас все эти старые схемы, может быть, и не стоит, но их рассмотрение поможет понять общие принципы построения схем частотных преобразователей, принципы их работы. А знание этих принципов может помочь при покупке фирменного частотного преобразователя, а также разобраться в его схеме в случае ремонта.

Продолжение статьи: Схемы любительских частотных преобразователей.

Борис Аладышкин