В этом обзоре пойдет речь о частотном регулировании, происхождении этого явления и его назначении. Термин частотное регулирование используется для описания частотно-регулируемого привода, чаще всего именно электрического привода, который состоит из синхронного или асинхронного двигателя и частотного преобразователя.
Частотный преобразователь - это устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный с помощью выпрямителя тока, также, благодаря встроенному инвертору, обычно в виде широтно-импульсного модулятора, формирует необходимую частоту тока и его амплитуду.
В производственной сфере управление электродвигателями с помощью манипуляций с частотой тока значительно повысило энергоэффективность и производительность электрических систем. Сегодня частотные преобразователи вместе с двигателями применяются в насосах, компрессорах, вентиляторах, на промышленных линиях и т.д.
Однако ранее частотные преобразователи повышали эффективность асинхронных машин путем постепенного изменения крутящего момента и скорости вращения привода. Еще 30 лет назад, из-за технологических ограничений промышленности, частотное регулирование оставалось лишь теоретической концепцией.
Появление IGBT-транзисторов и мощных микропроцессоров, стало революционным моментом, который позволил применить теоретические концепции на практике. Этот технологический прорыв привел к появлению на мировом рынке частотных преобразователей разработанных в США, Японии и Европе. Понятно, что не все могли позволить себе такие устройства, поскольку их цена была довольно высокой. Однако сейчас производство частотных преобразователей достигло баланса между качеством и затратами. Стоимость снизилась вместе с размерами преобразователей, и при этом возросла их надежность и возможность ремонта.
Оптимальные модели частотных преобразователей для различных областей применения
Перед тем как перейти к практическому применению частотных преобразователей, сначала вспомним их преимущества и рассмотрим, какие плюсы в частотном регулировании двигателя, и почему стоит добавить этот компонент в систему.
Использование преобразователя частоты открывает перед пользователями ряд преимуществ:
- Достижение высокой точности регулирования;
- Расширение возможностей режима работы силовой установки;
- Экономия электроэнергии при переменных нагрузках;
- Возможность проведения удаленной диагностики приводов в промышленных секторах;
- Обеспечение плавного запуска двигателя, что помогает избежать излишнего износа оборудования.
- Обеспечение максимального пускового момента;
- Возможность подхвата вращающегося статора;
- Стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки;
- Автоматический перезапуск системы после ее остановки;
- Выполнение функций автоматического выключателя.
Однако, применение частотного регулирования для асинхронных двигателей также сопровождается определенными недостатками. Многие из частотников вызывают электромагнитные помехи. Высокие затраты на такое оборудование, растягивают срок окупаемости на 12-14 месяцев. Конденсаторы в основной цепи с годами высыхают и теряют свою изначальную емкость.
Теперь давайте обсудим критерии выбора подходящего оборудования. Фактически, их можно свести к двум основным: область применения и типоразмер. Регулировка частоты электропривода обеспечивает плавность вращения ротора и уменьшает энергопотребление при запуске. Общепромышленные модели имеют стандартный набор функций, но для решения специфических задач систему можно модифицировать. Например, в сфере энергетики и ЖКХ модифицированные установки контролируют насосное оборудование, которое используется в водоснабжении, котельных и тепловых пунктах. Вентиляционные системы также работают по уникальным настройкам. Существуют специальные режимы для компрессоров, перекачивающих хладагенты, пожарных и лифтовых систем.
При выборе по типоразмеру важно иметь в виду, что номинальный ток частотного преобразователя должен превышать значение двигателя. Соотношение между номинальным и максимальным значениями обычно находится в диапазоне от 110% до 250%.
Важно учитывать, что частотно-импульсное регулирование учитывает не только напряжение сети, но и дополнительный функционал. Для интеграции системы управления автоматикой здания и диспетчерского пункта используются специальные сетевые интерфейсы.
Уровень защиты корпуса, следует оценивать с учетом условий эксплуатации, таких как влажность, температура и сейсмическая активность. Также следует учитывать другой фактор - тип монтажа: в шкафу, на полу или на стене, что также может влиять на выбор оборудования.
Функции частотных преобразователей
Набор функций частотника зависит от взаимодействия с различным оборудованием. Рассмотрим эти функции на примере работы с насосным оборудованием.
- Контроль утечки. Срабатывает при внезапном снижении давления в сети: если давление опускается до определенного уровня, преобразователь частоты прекращает питание насоса.
- Управление по сигналу обратной связи. Требует оператора для управления, который, с помощью ПИД-контроллера может управлять любыми типами насосов, от плунжерных до поршневых.
- Спящий режим. Автоматически выключает насос в случае низкого водозабора и снова включает его, когда поток восстанавливается до нормального уровня.
- Контроль каскадной группы. Предназначен для оптимизации работы насосов в связке с другими системами. Эта функция позволяет при необходимости подключать дополнительные насосы, а частотники синхронизируют работу различных агрегатов, приводя их к общей скорости.
В наше время, насосные станции с частотным регулированием стали стандартом для прогрессивных предприятий, стремящихся к полному контролю над использованием ресурсов. Благодаря электронике, достигается высочайший уровень диспетчеризации. Благодаря облачным сервисам есть возможность контроля и управления такими системами из любой точки мира. Кроме того, современный функционал в облачных сервисах позволяет собирать данные в режиме онлайн для дальнейшего анализа и оптимизации работы оборудования.
