Определение частотных преобразователей
Частотный преобразователь или частотник – это специализированное электротехническое устройство, которое изменяет/корректирует частоту переменного тока. Если на входе из электросети она составляет 50/60 Гц, то на выходе прибора величина может варьироваться от 0,01 до 500 Гц. Такое преобразование позволяет регулировать скорость вращения ротора асинхронного или синхронного электродвигателя в широких пределах без потери мощности, стабилизируя его функционирование.
Частота напряжения оказывает прямое влияние на электродвигатель. Например, если в электросети величина поменяется с 50 до 60 Гц, то скорость вращения агрегата увеличится. Частотный преобразователь позволяет контролировать и регулировать частоту таким образом, чтобы не повредить и оптимизировать работу электромотора.
Частотные преобразователи необходимы для оптимальной работы не только строительного и производственного оборудования (подъемных кранов, упаковочных машин, конвейеров, вентиляторов, лифтов и станков), но и бытовой техники (систем водоочистки и кондиционирования, отопительной техники, циркуляционных и скважинных насосов).
Функции и задачи
Основная функция частотного преобразователя заключается в обеспечении плавного нарастания или снижения скорости вращения электромотора в зависимости от рабочего процесса. За счет этого в отношении агрегата удается:
- наладить плавную, точную и стабильную работу, ограничивая силу тока в момент старта и остановки, что позволяет нивелировать рывки и резкое торможение;
- увеличить возможности (потенциал);
- снизить энергопотребление;
- обезопасить от перегрузок;
- сохранить заложенный производителем срок службы.
Как выглядит и из чего состоит
Внешне частотный преобразователь представляет собой компактный бокс (по размеру, как небольшой стабилизатор напряжения или ИБП), выполненный из пластика или металла. В основном корпус обладает защитой IP20.
Внутри бокса два компонента – силовой блок с питанием от напряжения 220/230 В или 380/400 В и блок управления с питанием 10-24 В постоянного тока.
Силовой блок состоит из:
- выпрямителя (диодного моста), задача которого в преобразовании переменного тока в постоянный;
- шины постоянного тока (конденсаторов) – устраняет поступающие из сети пульсации напряжения;
- инвертора (силовых IGBT-транзисторов) – преобразует постоянный ток обратно в переменный, генерируя импульсы определенной формы. Определяет частоту вращения двигателя.
Управляющий блок (микропроцессор) соединен с панелью управления на корпусе устройства (управляет силовой платой – выполняет обработку поступающих с датчиков сигналов, регулирует вращение ротора электродвигателя и осуществляет аварийное отключение нагрузки при возникновении угроз в электросети).
В бытовых условиях в основном применяются электронные частотные преобразователи, которые позволяют управлять электродвигателем ручным или автоматическим способом, заранее установив на дисплее устройства подходящие параметры функционирования.
Способ установки и принцип действия
По сути, частотные преобразователи являются промежуточными звеньями между электросетью и нагрузкой с электродвигателем. В зависимости от модели они могут подключаться к трехфазной или однофазной сети (некоторые изделия в своем составе имеют гальваническую развязку). Устанавливаются перед нагрузкой. Могут крепиться на корпус агрегата, устанавливаться на стене или в отдельном закрытом электрощите, например, если в месте применения повышенная влажность или запыленность.
Современные модели частотников работают на основе технологии двойного преобразования. Схема их действия представлена ниже.
Процесс работы устройств осуществляется следующим образом:
- поступающее из сети напряжение выпрямляется, при этом нивелируются гармонические искажения и незначительные скачки и просадки напряжения;
- затем сигнал вновь становится переменным, но он уже со стабильным вольтажом, чистой синусоидой и определенным значением частоты, которое требуется для электродвигателя.
Примеры применения в различных отраслях
Частотные преобразователи в основном применяются для защиты и управления следующих типов промышленной и бытовой техники:
- конвейеров, станков и электроинструментов (например, металло- и деревообрабатывающих станков, прессов, грузоподъемных машин, перфораторов и др.). Устройство обеспечивает равномерное функционирование двигателя, регулируя вращение его ротора;
- вентиляторов в системах кондиционирования. Частотник позволяет менять скорость вращения лопастей, регулируя поток входящего/выходящего воздуха и, тем самым, поддерживая необходимое давление в вентиляторной системе;
- насосов (скаженных, циркуляционных, водяных и других типов). У данной нагрузки частотник регулирует поток жидкости и обеспечивает плавную работу насоса. Это позволяет повысить эффективность отопительной системы или системы циркуляции воды, поддерживая требуемые параметры (расход, давление, температуру и др.) на требуемом для пользователя уровне.
Как выбрать частотный преобразователь?
Частотный преобразователь подбирается в зависимости от фазности нагрузки, её потребляемой мощности в разных режимах работы или номинального тока:
- По току. Если у электродвигателя номинальный ток составляет 30 А, то данная величина у частотника должна превышать данное значение. Токовое значение агрегата указывается на шильдике нагрузки.
- По потребляемой мощности. Если данные по току неизвестны, то устройство можно подобрать по полной потребляемой мощности агрегата. Она также должна быть ниже ресурса частотника.
- По фазности. В основном частотник подключаются к трехфазной сети. Модели для сети 220/230 В имеют мощность до 3,5 кВт и рассчитаны на питание однофазных или трехфазных двигателей небольшой мощности.
Стабилизатор напряжения и частотный преобразователь
На интернет-форумах и в социальных сетях часто встречаются вопросы пользователей о том, можно ли устанавливать стабилизатор напряжения / ИБП совместно с частотным преобразователем и как их правильно подключать.
Стабилизаторы напряжения / ИБП и частотные преобразователи взаимодополняют друг друга, так как у них разный функционал. Частотники не способны защищать оборудование от скачков и просадок напряжения или могут это делать, но в узком диапазоне входного напряжения (в основном он составляет не более ±10-15% от номинала 220/230 В). Поэтому им требуется защита, если в электросети возникают резкие и значительные «прыжки» вольтажа.
С такой проблемой отлично справляется инверторный стабилизатор, который работает в самом широком диапазоне перепадов (90-310 В) и имеет мгновенную реакцию на сетевые колебания. Устройство ставится перед частотником и, в зависимости от выходной мощности, позволяет защитить не только частотник и электродвигатель, а также другую нагрузку, установленную на объекте.
Если в электросети происходят блэкауты, то вместо стабилизатора таким же образом можно установить источник бесперебойного питания, который обеспечит нагрузку резервным электроснабжением на период отключения электроэнергии.