Поставщики оборудования для преобразователей частоты напоминают, что с развитием технологий преобразования частоты применение двигателей переменного тока становится всё более распространённым. Использование преобразователя частоты для регулирования скорости может повысить точность управления, эффективность производства и качество продукции производственного оборудования, что способствует автоматизации производственных процессов. Системы приводов переменного тока обладают превосходными характеристиками управления и обеспечивают значительную экономию энергии во многих производственных ситуациях.
Применение преобразователя частоты
Потребление электроэнергии электродвигателями в нашей стране составляет от 60% до 70% от общего объёма выработки электроэнергии, а годовое потребление электроэнергии вентиляторами и водяными насосами – 1/3. Основная причина этого заключается в том, что традиционный метод регулирования скорости вентиляторов, водяных насосов и другого оборудования заключается в регулировке подачи воздуха и воды путём регулировки открытия впускных или выпускных заслонок и клапанов. Потребляемая мощность велика, и на процесс перекрытия заслонками и клапанами потребляется большое количество энергии.
Поскольку большинство вентиляторов и водяных насосов представляют собой равномерные нагрузки, мощность на валу и скорость вращения находятся в кубической зависимости. Следовательно, при снижении скорости вращения вентиляторов и водяных насосов значительно снижается и потребление энергии. Это открывает большие возможности для энергосбережения. Наиболее эффективным способом энергосбережения является использование преобразователя частоты для регулирования расхода. Применение преобразователей частоты обеспечивает экономию энергии от 20% до 50%, а преимущества весьма существенны.
Многие машины требуют, чтобы электродвигатели могли регулировать скорость в зависимости от технологических требований. В прошлом, из-за сложности регулирования скорости электродвигателей переменного тока и высоких требований к производительности, использовалось регулирование скорости постоянным током. Однако электродвигатели постоянного тока имеют сложную конструкцию, большой объём и требуют сложного обслуживания в зимнее время. Поэтому, с развитием технологии частотно-регулируемого регулирования скорости, регулирование скорости переменным током постепенно вытесняет регулирование скорости постоянным током, часто требуя количественного и прямого управления крутящим моментом для удовлетворения различных технологических требований.
Использование преобразователя частоты для управления электродвигателем обеспечивает малый пусковой ток, что обеспечивает плавный пуск и бесступенчатое регулирование скорости. Это облегчает управление разгоном и замедлением, позволяя двигателю достигать высокой производительности и значительно экономить электроэнергию. Поэтому преобразователи частоты находят всё более широкое применение в промышленном производстве и повседневной жизни.
Существующие проблемы и меры противодействия
С расширением области применения преобразователей частоты в процессе эксплуатации возникает всё больше проблем, в основном таких, как высшие гармоники, шум и вибрация, проблемы согласования нагрузки, нагрева и другие. В данной статье анализируются указанные проблемы и предлагаются соответствующие меры.
Основная схема универсального преобразователя частоты обычно состоит из трех частей: выпрямления, инвертирования и фильтрации. Выпрямительная часть представляет собой трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель, средняя фильтрующая часть использует большой конденсатор в качестве фильтра, а инверторная часть представляет собой трехчленный мостовой инвертор на IGBT с входным сигналом ШИМ. Выходное напряжение содержит гармоники, отличные от основной волны, и гармоники низшего порядка обычно оказывают большее влияние на нагрузку двигателя, вызывая пульсации крутящего момента; а высшие гармоники увеличивают ток утечки выходного кабеля преобразователя частоты, что приводит к недостаточной выходной мощности двигателя. Поэтому необходимо подавлять как высокие, так и низкие гармоники на выходе преобразователя частоты. Для подавления гармоник можно использовать следующие методы.
1. Увеличить мощность преобразователя частоты.
Внутреннее сопротивление источника питания обычно может служить буфером для реактивной мощности конденсатора фильтра постоянного тока преобразователя частоты. Чем больше внутреннее сопротивление, тем ниже содержание гармоник. Это внутреннее сопротивление представляет собой сопротивление короткого замыкания трансформатора. Поэтому при выборе источника питания преобразователя частоты рекомендуется выбирать трансформатор с высоким сопротивлением короткого замыкания.
2. Установить реактор
Подключите соответствующие реакторы или установите фильтры гармоник последовательно между входными и выходными клеммами преобразователя частоты. Фильтр представляет собой LC-фильтр, который поглощает гармоники и увеличивает сопротивление источника питания или нагрузки для достижения цели подавления.
3. Многократные операции с использованием трансформаторов
Универсальный преобразователь частоты представляет собой шестиимпульсный выпрямитель, генерирующий высокие гармоники. При использовании многофазной работы трансформаторов с разницей фаз 30° между ними комбинация трансформаторов Y-△ и △-△ может сформировать 12-импульсный эффект, что позволяет снизить уровень гармоник низших порядков и эффективно подавить гармоники.
4. Настройте выделенные гармоники
Настройте специальный фильтр для обнаружения преобразователя частоты и фазы и сгенерируйте ток с той же амплитудой и противоположной фазой, что и гармонический ток, который передается на преобразователь частоты для эффективного поглощения гармонического тока.