|
<big>'''Перетворювач частоти''' - електронний пристрій для зміни частоти електричного струму (напруги). Він перетворює вхідну синусоїдну [[Напруга|напругу]] фіксованої частоти та амплітуди у вихідну [[Імпульс|імпульсну]] напругу змінної частоти та амплітуди за допомогою [[ШІМ]] (широтно-імпульсної модуляції).Таким чином, плавно збільшуючи [[Частота|частоту]] і [[Амплітуда|амплітуду]] напруги, що подається на статорні [[обмотка|обмотки]] [[асинхронна машина|асинхронного електродвигуна]], можна забезпечити плавне [[регулювання швидкості]] обертання [[вал]]у електродвигуна.</big>
== Пристрій і принцип дії ==
[[Файл:Классифікація_ПЧ(2).jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9A%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%84%D1%96%D0%BA%D0%B0%D1%86%D1%96%D1%8F_%D0%9F%D0%A7(2).jpg|міні|687x687пкс|<big>Класифікація перетворювачів частоти</big>]]
<big>Електронний перетворювач частоти складається з схем, до складу яких входить [[тиристор]] або [[транзистор]], які працюють в режимі електронних ключів. В основі керуючої частини лежить [[мікропроцесор]], який забезпечує керування силовими електронними ключами, а також вирішення великої кількості допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).</big>
<big>''Схеми, створені за моделлю джерела напруги, мають такі характеристики:''</big>
* Вихідний імпеданс: маленький (джерело напруги)
* Регенерація енергії: потрібен додаткове коло
* Згладжувальний елемент: конденсатор
<big>''Схеми, створені за моделлю джерела струму, мають такі характеристки:''</big>
* Вихідний імпеданс: великий (джерело струму)
* Регенерація енергії: потрібне додаткове коло
* Згладжувальний елемент: реактор
<big>''Залежно від структури і принципу роботи електричного приводу виділяють два класи перетворювачів частоти:''</big>
* З безпосереднім зв'язком.
* З явно вираженою проміжною ланкою постійного струму.
<big>Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої переваги і недоліки, які визначають сферу раціонального</big> <big>застосування кожного з них.</big>[[Файл:ФС_ПЧ_дж.н.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A4%D0%A1_%D0%9F%D0%A7_%D0%B4%D0%B6.%D0%BD.jpg|міні|392x392пкс|<big>Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела напруги</big>]] ▼<big>У перетворювачах з безпосереднім зв'язком електричний модуль – це керований [[Випрямлення змінного струму|випрямляч]]. Система керування по черзі відмикає групи тиристорів і підключає обмотки двигуна до мережі живлення.</big> ▼
[[Файл:ФС_ПЧ_дж. стр.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A4%D0%A1_%D0%9F%D0%A7_%D0%B4%D0%B6.%D1%81%D1%82%D1%80н.jpg|міні| 391x391пкс392x392пкс| <big>Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела струму</big>напруги]] ▼<big>Таким чином, вихідна напруга перетворювача формується з «вирізаних» ділянок синусоїд вхідної напруги. Частота вихідної напруги у таких перетворювачів не може бути дорівнює або вище частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц, і як наслідок - малий діапазон керування частотою обертання двигуна (не більше 1: 10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно-регульованих приводах з широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.</big> ▼Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої переваги і недоліки, які визначають сферу раціонального застосування кожного з них.
▲<big>У перетворювачах з безпосереднім зв'язком електричний модуль – це керований [[Випрямлення змінного струму|випрямляч]]. Система керування по черзі відмикає групи тиристорів і підключає обмотки двигуна до мережі живлення. </big>
▲<big>Таким чином, вихідна напруга перетворювача формується з «вирізаних» ділянок синусоїд вхідної напруги. Частота вихідної напруги у таких перетворювачів не може бути дорівнює або вище частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц, і як наслідок - малий діапазон керування частотою обертання двигуна (не більше 1: 10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно-регульованих приводах з широким діапазоном регулювання технологічних параметрів. </big>
<big>Використання незамикних тиристорів вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача. «Різана» синусоїда на виході перетворювача з безпосереднім зв'язком є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрівання електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення. Застосування пристроїв компенсації призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниження [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] системи в цілому.</big> ▼
▲[[Файл:ФС_ПЧ_дж.стр.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A4%D0%A1_%D0%9F%D0%A7_%D0%B4%D0%B6.%D1%81%D1%82%D1%80.jpg|міні|391x391пкс|<big>Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела струму</big>]]
▲<big>Використання незамикних тиристорів вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача. «Різана» синусоїда на виході перетворювача з безпосереднім зв'язком є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрівання електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення. Застосування пристроїв компенсації призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниження [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] системи в цілому. </big>
▲<big>Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої переваги і недоліки, які визначають сферу раціонального</big> <big>застосування кожного з них.</big>[[Файл:ФС_ПЧ_дж. нстр.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A4%D0%A1_%D0%9F%D0%A7_%D0%B4%D0%B6.% D0D1%81%D1%82%D1% BD80.jpg|міні| 392x392пкс391x391пкс| <big>Функціональна схема перетворювача частоти, виконана по схемі джерела напруги</big>струму]]
Однак одноразове перетворення енергії, що визначає високий [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] перетворювача та можливість проходження реактивної потужності як від мережі до навантаження, так і назад є безперечними перевагами такого класу перетворювачів.
<big>Найбільш широко застосовуються в сучасних частотно регульованих модулях перетворювачі з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму. У перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі, фільтрується [[Електронний фільтр|фільтром]], згладжується, а потім знову перетвориться інвертором в змінну напругу змінюваної частоти і амплітуди. Подвійне перетворення енергії призводить до зниження [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] і до деякого погіршення масо-габаритних показників порівняно з перетворювачами з безпосереднім зв'язком.</big>
[[Файл:Схема_ПЧ_з_безпосереднім_зв'язком.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%9F%D0%A7_%D0%B7_%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D1%96%D0%BC_%D0%B7%D0%B2'%D1%8F%D0%B7%D0%BA%D0%BE%D0%BC.jpg|міні|390x390пкс|Схема перетворювача частоти з безпосереднім зв'язком]]
<big>Для формування синусоїдної змінної напруги використовують автономний інвертор, який формує електричну напругу заданої форми на обмотках електродвигуна (як правило, методом широтно-імпульсної</big> <big>модуляції). Функцію електронних ключів в інверторах виконують замикні тиристори GTO і їх вдосконалені модифікації GCT, IGCT, SGCT, [[Біполярний транзистор|біполярні транзистори]] з ізольованим затвором IGBT, та MOSFETпольові МОН-транзистори.</big> <big>Головною перевагою тиристорних перетворювачів частоти,</big> <big>як і в схемі з безпосереднім зв'язком, є здатність працювати з великими струмами і напругами, витримуючи при цьому тривале навантаження й імпульсні впливи. Вони мають більш високий [[Коефіцієнт корисної дії|ККД]] (до 98%) порівняно з перетворювачами на IGBT-транзисторах.</big>
<big>Перетворювачі частоти є нелінійним навантаженням, що створює струми вищих гармонік в мережі живлення, що призводить до погіршення якості електроенергії.</big>
== Призначення ==
Частотний асинхронний перетворювач частоти служить для перетворення мережевого трифазного або однофазного змінного струму частотою 50 (60) Гц в трифазний або однофазний струм, частотою від 1 Гц до 800 Гц.[[Файл:Схема_ПЧ_з_ланкою_постійного_струму.jpg|посилання=https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%9F%D0%A7_%D0%B7_%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%BA%D0%BE%D1%8E_%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BC%D1%83.jpg|міні|386x386пкс|Схема перетворювача частоти з ланкою постійного струму:
КВ - керований випрямляч;
АІН - автономний інвертор напруги;
СКІ - система керування інвертором;
]]
Частотний асинхронний перетворювач частоти служить для перетворення мережевого трифазного або однофазного змінного струму частотою 50 (60) Гц в трифазний або однофазний струм, частотою від 1 Гц до 800 Гц.
<big>Промисловістю також випускаються частотні перетворювачі електроіндукціонного типу, що конструктивно є асинхронним</big> <big>двигуном з фазним ротором, який працює в режимі генератора-перетворювача, і перетворювачі електронного типу.</big>
<big>Частотні перетворювачі електронного типу часто застосовують для плавного регулювання швидкості асинхронного електродвигуна або синхронного двигуна за рахунок створення на виході перетворювача електричної напруги заданої частоти. У найпростіших випадках регулювання частоти і напруги відбувається відповідно до заданої характеристики V/f, в найбільш досконалих перетворювачах реалізовано так зване векторне керування.</big>
<big>Частотний перетворювач електронного типу - це пристрій, що складається з випрямляча (моста постійного струму), що перетворює змінний струм промислової частоти в постійний, і інвертора (перетворювача) (іноді з [[Широтно-імпульсна модуляція|ШІМ]]), що перетворює постійний струм в змінний необхідних частоти і амплітуди. Вихідні тиристори (GTO) або транзистори (IGBT) забезпечують необхідний струм для живлення електродвигуна.</big>
<big>Для поліпшення форми вихідної напруги між перетворювачем і двигуном іноді ставлять дросель, а для зменшення електромагнітних перешкод - EMC-фільтр.</big>
== Основні можливості ==
<big>Перетворювач частоти забезпечує плавний [[пуск]] і зупинку двигуна, а також дозволяє змінювати напрям обертання двигуна.</big>
<big>Перетворювач частоти відображає на цифровому [[дисплей|дисплеї]] основні параметри системи: задану швидкість, вихідну частоту, струм і [[напруга|напругу]] двигуна, вихідну [[потужність]], [[момент]], стан дискретних входів, загальний час роботи перетворювача тощо.</big>
<big>Керування перетворювачем частоти можна здійснювати з вбудованої виносної цифрової панелі керування, або за допомогою зовнішніх [[сигнал]]ів. У другому випадку швидкість обертання задається аналоговим сигналом 0—10 В або 4—20 мА, а команди пуску, зупинки й зміни режимів обертання подаються дискретними сигналами. Можна відображати параметри системи у вигляді графіків на виносній графічній панелі керування.</big>
<big>Існує можливість керування перетворювачем частоти через послідовний інтерфейс ([[RS-232]], [[EIA-422|RS-422]] або [[RS-485]]) або від зовнішнього [[ПЛК]] з використанням спеціального протоколу ([[Profibus]], [[Interbus]], [[Device-net]], [[Modbus]] тощо).</big>
== [[Частотно-регульований привод|Частотно]]-регульований привод ==
<big>Регульований асинхронний електропривод або частотно-регульований привод складається з асинхронного електродвигуна і перетворювача частоти, який виконує роль регулятора швидкості обертання асинхронного електродвигуна.</big>
<big>Застосування частотно-регульованого електроприводу забезпечує:</big>
* зміну швидкості обертання в раніше нерегульованих [[технологічний процес|технологічних процесах]]
* синхронне керування декількома електродвигунами від одного перетворювача частоти
* заміна приводів [[постійний струм|постійного струму]], що дозволяє понизити витрати, пов'язані з експлуатацією
* створення [[замкнена система|замкнених систем]] асинхронного електроприводу з можливістю точної підтримки заданих [[технологічний параметр|технологічних параметрів]]
* можливість вимкнення механічних систем регулювання швидкості обертання ([[варіатор]]ів, [[ремінна передача|ремінних передач]])
* підвищення [[надійність|надійності]] і [[довговічність|довговічності]] роботи устаткування
* велику [[точність]] [[регулювання]] швидкості руху, оптимальні параметри якості регулювання швидкості у складі [[механізм]]ів, що працюють з постійним моментом навантаження ([[конвеєр]]и, завантажувальні [[кулісний механізм|кулісні механізми]] і тому подібне).
== Економічний ефект ==
<big>[[Економічний ефект]] від впровадження асинхронного електроприводу складається, зокрема, з чинників:</big>
* [[економія електроенергії]] в [[насос]]ах, [[вентилятор]]ах і [[компресор]]них [[агрегат]]ах до 50% за рахунок регулювання продуктивності шляхом зміни частоти обертання електродвигуна на відміну від регулювання продуктивності іншими способами ([[дроселювання]], увімкнення-вимкнення, напрямний апарат)
* підвищення [[якість|якості]] продукції
* збільшення обсягу продукції, що випускається, і продуктивності виробничого устаткування
* зниження [[знос]]у механічних ланок і збільшенню терміну служби технологічного устаткування унаслідок поліпшення [[динаміка|динаміки]] роботи електроприводу.
| 