Устройство, служащее для формирования питающего напряжения для электрического двигателя, принято называть частотным преобразователем (или преобразователем частоты), поскольку основной характеристикой, влияющей на работу двигателя, является именно частота питающего напряжения и тока.

Основными структурными единицами преобразователя являются:

- блок выпрямителя (на основе классического моста постоянного тока);
- блок инвертора (на некоторых преобразователях инвертор дополняется широтно-импульсным модулятором).

Выпрямитель преобразует переменное напряжение из обычной сети (однофазной или трехфазной) в постоянное, которое затем подается на вход инвертора. Именно здесь на основе разнообразных схемотехнических решений и происходит формирование выходного напряжения требуемой частоты и амплитуды. Оба блока обычно дополняются разнообразными фильтрами: выпрямитель – для защиты от скачков питающего переменного напряжения и коротких замыканий; а инвертор – для уменьшения уровня электромагнитных помех и защиты устройства от перегрузок.

Для регулировки режимов работы подключенного к частотному преобразователю электродвигателя используют один из двух методов управления:

- скалярное – при котором на выходе преобразователя формируются гармонические токи для каждой фазы двигателя;
- векторное – при котором помимо гармонических составляющих фазных токов обеспечивается управление магнитным потоком ротора.

И в том, и в другом случае удается получить необходимую скорость вращения вала двигателя и привода в целом, а также нужное значение вращательного момента.

Рассмотрим основные разновидности построения преобразователей частоты.

Частотные преобразователи с непосредственной связью

Такие преобразователи представляют собой, по сути, управляемый выпрямитель. С помощью системы управления поочередно отпираются и запираются определённые группы транзисторов и на каждую статорную обмотку двигателя подается напряжение питания с нужной амплитудой. Выходное напряжение, подаваемое на двигатель, формируется из вырезанных участков соответствующих синусоид входного напряжения. Как следствие, частоту выходного напряжения можно регулировать только в узком диапазоне от 0 до 30 Гц. Это существенно ограничивает возможности по управлению работой двигателя. К тому же выходное напряжение включает множество высших гармоник, что приводит к значительным потерям мощности, перегреву обмоток, помехам в питающей сети. Если же включать в схему различные компенсирующие узлы, то преобразователь существенно усложняется и дорожает, увеличиваются габариты устройства, резко снижается КПД привода. В современных преобразователях частоты такая разновидность схем практически не используется.

Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока

Это наиболее распространенное решение для выпускаемых на сегодняшний день частотных преобразователей. Как уже упоминалось в начале, здесь осуществляется двойное преобразование входного напряжения из питающей сети.

Выпрямитель преобразует входное переменное напряжение в постоянное, с помощью фильтров очищается от гармоник и подается на вход инвертора.

Инвертор из постоянного напряжения формирует переменное выходное напряжение с заданными характеристиками, в первую очередь частотой и амплитудой.

Двойное преобразование напряжения и тока несколько снижает КПД устройства по сравнению с методом непосредственной связи, кроме того, такие преобразователи конструктивно сложнее и обладают худшими массо-габаритными показателями. Но зато открываются широчайшие возможности по управлению параметрами выходного напряжения, и, как следствие – режимами работы двигателя.

Преимущества управления приводами с частотным регулированием

Выпускаемые в настоящее время преобразователи частоты представляют собой достаточно компактные устройства, помещенные в прочный пыле- и влагозащищенный корпус, оснащенные удобным интерфейсом для настройки, управления и контроля. Нередко по требованию заказчика к преобразователю прилагаются дополнительные узлы и блоки, позволяющие оптимизировать работу устройства в соответствии с условиями конкретной системы. Современные преобразователи могут применяться в самых разнообразных условиях, в широком диапазоне температуры и влажности, в агрессивных средах, без непосредственного доступа человека, на значительном удалении от населенных пунктов. Диапазон номинальных мощностей чрезвычайно широк: от десятков ватт до сотен киловатт. Для питания приводов на основе преобразователей могут использоваться однофазные и трехфазные сети различного напряжения (чаще всего 220 В или 380 В) и частоты (как правило, 50 и 60 Гц).

Частотное управление двигателями приводов позволяет существенно снизить потребление электроэнергии, прежде всего – за счет регулирования потребляемой мощности в зависимости от нагрузки в системе.

Плавный пуск и останов системы, надежная защита от скачков напряжения и коротких замыканий сводят к минимуму вероятность поломок и аварий. Это позволяет во много раз уменьшить затраты на обслуживание и ремонт, продлить срок службы основных узлов системы.

В системах подачи воды (а также других жидкостей) применение преобразователей практически исключает возможность гидроударов в трубопроводах, снижает расход воды, и в следствие этого – позволяет значительно снизить расходы на эксплуатацию всей системы.

Нередко частотное регулирование позволяет уменьшить потребление тепла в той или иной системе.

Подключение к преобразователю различных дополнительных датчиков может обеспечить более эффективное функционирование того или иного агрегата, полностью или частично автоматизировать его работу, обеспечить удаленное управление и контроль основных параметров и показателей, в том числе в составе комплексных автоматизированных диспетчерских систем.

Как показала практика последних десятилетий, средний срок полной окупаемости затрат на приобретение и пусконаладку преобразователя частоты составляет полтора-два года, а для ряда систем, например, насосов или вентиляторов – до нескольких месяцев. Купить частотный преобразователь Вы можете сдесь