15 важных фактов о частотно-регулируемом приводе (ЧРП) для инженеров-электриков
1. Что такое преобразователь частоты?
Преобразователь частоты — это управляющее устройство, использующее коммутационный эффект силовых полупроводниковых приборов для преобразования энергии промышленной частоты в электрическую энергию другой частоты. Он обеспечивает такие функции, как плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока, регулирование скорости с переменной частотой, повышение точности работы, изменение коэффициента мощности и защиту от перегрузки по току, напряжению и перегрузке.
2. Различия между ШИМ и ПАМ
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — метод модуляции, который регулирует выходное значение и форму сигнала путём изменения длительности последовательности импульсов по определённому правилу. АИМ (амплитудно-импульсная модуляция) — метод модуляции, который регулирует выходное значение и форму сигнала путём изменения амплитуды последовательности импульсов по определённому правилу.
3. Почему напряжение преобразователя частоты изменяется пропорционально частоте?
Электромагнитный момент любого двигателя является результатом взаимодействия тока и магнитного потока. Ток не должен превышать номинального значения, иначе двигатель перегреется. Следовательно, при уменьшении магнитного потока уменьшается и электромагнитный момент, что приводит к снижению нагрузочной способности.
Из формулы E=4,44*K*F*N*Φ следует, что при частотном регулировании скорости магнитная цепь двигателя изменяется в значительном диапазоне с рабочей частотой fX. Это может легко привести к сильному насыщению магнитной цепи двигателя, что приведет к значительному искажению формы тока возбуждения и возникновению очень высоких пиковых токов.
Следовательно, частота и напряжение должны изменяться пропорционально. То есть, при изменении частоты выходное напряжение преобразователя частоты регулируется таким образом, чтобы поддерживать постоянный магнитный поток двигателя и не допускать возникновения слабого магнитного поля и магнитного насыщения. Этот метод управления чаще всего используется в энергосберегающих преобразователях частоты для вентиляторов и насосов.
4. Как изменяется крутящий момент двигателя при пропорциональном изменении V и f?
При снижении частоты напряжение пропорционально уменьшается. Поскольку сопротивление переменному току уменьшается, а сопротивление постоянному току остаётся неизменным, крутящий момент, создаваемый на низких частотах, имеет тенденцию к снижению. Следовательно, на низких частотах, при заданном соотношении V/f, выходное напряжение необходимо немного увеличить для получения определённого пускового момента. Такая компенсация называется улучшенным пуском. Для этого могут использоваться различные методы, включая автоматические методы, выбор режима V/f или регулировку потенциометра.
5. В инструкции указан диапазон частот 60–6 Гц (10:1). Означает ли это, что выходная мощность ниже 6 Гц отсутствует?
Выходная частота может быть ниже 6 Гц, но, учитывая такие факторы, как нагрев двигателя и пусковой крутящий момент, минимальная рабочая частота составляет около 6 Гц. На этой частоте двигатель может развивать номинальный крутящий момент без серьёзных проблем с перегревом. Фактическая выходная (пусковая) частота инвертора варьируется от 0,5 до 3 Гц в зависимости от модели.
6. Что означает "open лупдддххх?
Система управления с замкнутым контуром использует датчик скорости (ИГ) для передачи фактической скорости в блок управления. Система, работающая без ИГ, называется системой с разомкнутым контуром. Большинство преобразователей частоты общего назначения имеют разомкнутый контур, хотя некоторые модели опционально оснащены обратной связью с ИГ. Бездатчиковое управление с замкнутым контуром вычисляет фактическую скорость двигателя на основе математической модели и магнитного потока, по сути, используя виртуальный датчик скорости для создания замкнутого контура управления.
7. Что делать, если фактическая скорость отличается от заданной?
В разомкнутом контуре, даже если преобразователь частоты выдает заданную частоту, скорость двигателя будет колебаться в пределах номинального скольжения (1–5%) при нагрузке. Для приложений, требующих высокой точности регулирования скорости, где работа должна быть близка к заданной даже при изменении нагрузки, можно использовать преобразователь с функцией обратной связи с датчиком скорости (ПГ) (опция).
8. Если использовать двигатель с ПГ, улучшится ли точность скорости после обратной связи?
Преобразователи частоты с обратной связью от датчика скорости (ПГ) действительно повышают точность. Однако точность скорости зависит от точности самого датчика скорости и разрешения выходной частоты преобразователя.
9. Что означает функция предотвращения сваливания?
Если заданное время ускорения слишком короткое, изменение выходной частоты инвертора значительно превысит изменение скорости (электрической угловой частоты), что приведёт к отключению инвертора из-за перегрузки по току и остановке работы. Это называется опрокидыванием. Чтобы предотвратить опрокидывание и обеспечить продолжение работы двигателя, необходимо контролировать величину тока для управления частотой. При слишком большом токе ускорения необходимо соответствующим образом снизить скорость ускорения. То же самое относится и к замедлению. Сочетание этих двух факторов и составляет функцию опрокидывания.
10. Каково значение моделей, в которых время ускорения и замедления можно задавать отдельно, и моделей, в которых время ускорения и замедления можно задавать вместе?
Модели с раздельной настройкой ускорения и замедления подходят для приложений, требующих кратковременного ускорения и медленного замедления, или для небольших станков, где требуется строгое соблюдение времени производственного цикла. Однако для таких приложений, как приводы вентиляторов, где время ускорения и замедления больше, время ускорения и замедления можно настроить одновременно.
11. Какие функции защиты имеет преобразователь частоты?
Функции защиты можно разделить на следующие две категории:
(1) Автоматическое исправление ненормальных условий, таких как предотвращение остановки из-за перегрузки по току и предотвращение остановки из-за рекуперативного перенапряжения.
(2) Блокировка сигнала управления ШИМ силового полупроводникового прибора после обнаружения неисправности, что приводит к автоматической остановке двигателя. Примеры включают в себя защиту от перегрузки по току, рекуперативную защиту от перенапряжения, защиту от перегрева вентилятора охлаждения полупроводника и защиту от мгновенного отключения питания.
12. Почему срабатывают защитные функции преобразователя частоты при подключении нагрузки через муфту?
При использовании муфты для подключения нагрузки, в момент подключения двигатель резко переходит из состояния без нагрузки в состояние с высоким скольжением. Протекающий через муфту большой ток приводит к отключению инвертора из-за перегрузки по току и его выходу из строя.
13. Почему инвертор прекращает работу при одновременном запуске больших двигателей на одном заводе?
При запуске двигателя протекает пусковой ток, соответствующий его мощности. Это вызывает падение напряжения в трансформаторе со стороны статора двигателя. Это падение напряжения имеет большее значение при большой мощности двигателя. Инверторы, подключенные к тому же трансформатору, распознают пониженное напряжение или кратковременное отключение, что иногда приводит к срабатыванию функции защиты (ИПЭ) и остановке двигателя.
14. Можно ли напрямую подключить двигатель к преобразователю фиксированной частоты без использования плавного пуска?
Это возможно на очень низких частотах. Однако при высокой частоте условия аналогичны прямому пуску от сети переменного тока. Протекает большой пусковой ток (в 6-7 раз превышающий номинальный), и, поскольку инвертор отключает перегрузку, двигатель не запускается.
15. Можно ли использовать преобразователь частоты для управления однофазным двигателем? Можно ли использовать однофазный источник питания?
Как правило, нет. У однофазных двигателей с пуском через регулятор скорости вспомогательная обмотка перегорит при работе ниже рабочей точки; у двигателей с пуском через конденсатор или конденсаторной работой это приведёт к взрыву конденсатора. Преобразователи частоты обычно трёхфазные, но некоторые модели малой мощности могут работать и от однофазного источника питания.
