Частотные преобразователи

Содержание страницы

Привет друзья, с вами энерго ликбез и Мальков Александр и сегодня мы затронем очень важную интересную тему для всех домашних мастеров, самодельщиков и любителей позаниматься с деревом и металлом в мастерской.

Как сделать из 220 вольт 380 или просто из 220 одной фазы сделать трехфазное напряжение?

Сегодня тема – частотные преобразователи. Мы много слышим, читаем, видим, что сейчас в интернете полно этих прекрасных частотных преобразователей, которые регулируют частоту на выходе и созданы они для того, чтобы регулировать частоту вращения асинхронных двигателей, именно их.

Сначала мы кратко ознакомимся с тем, как устроен частотный преобразователь.
Подробно мы не будем рассматривать электронные схемы. Для этого существуют форумы и каналы электронщиков, которые подробно рассказывают про всю электронику. У нас будет все блочно, предельно кратко, чтобы было понятно.
Итак, можно сказать, частотный преобразователь состоит из трех основных блоков.

• Блок первый: выпрямитель. На него поступает переменное напряжение или 1 фазная или 3 фазная. Дальше идет выпрямительный мост.
• Блок второй: инвертор. В него поступает постоянное напряжение. Там стоят специальные силовые ключи IGBT-транзисторы в основном, и они делают из постоянного напряжения переменное. Просто включаются определенным образом, таким образом, которым диктует блок управления.
• Третий блок управления — это мозги. В мозгах сконцентрировано все. Вычислительная мощь, программирование режимов, управление пуском остановом, защита — это мозг устройства.

Итак, мы имеем, на входе: выпрямитель, потом на выходе инвертор, и блок управления управляет всем этим хозяйством. Но будут еще нюансы, о которых я расскажу чуть позже.
В принципе, схема ясна. Немножко о входе, в основном, частотные преобразователи делают универсальными.

Вход у них трехфазный, на который можно подать как трехфазное напряжение, так и 1 фазное.
Но есть специализированная, только на 1 фазный вход.

Почему возникли частотные преобразователи и для чего они были предназначены?

Изначально частотные преобразователи появились на насосных установках.
Представляем насосную установку, которая регулирует давление в водопроводной сети.
Несколько насосов работают на общую магистраль. И как регулировали до этого частоту вращения и напор в этой сети?
Просто включением, отключением отдельных насосов либо дросселированием, перекрытием задвижки. Это крайне неэкономично. Мы это все понимаем. Или дергать двигатель туда-сюда по несколько раз. Или заставлять его работать на дроссельную заслонку.

• Поэтому изобретение преобразователя частоты сразу повысило экономичность работы насосных установок.
• Еще в 1925 году академик Костенко предложил регулировать частоту вращения асинхронных двигателей с помощью преобразователей частоты. Именно тогда был уже разработан математический аппарат для расчетов и было установлено, что параллельно с частотой нужно регулировать на выходе напряжения. Пропорционально частота растет, растет напряжение.
• И при снижении частоты должно быть снижено напряжение для стабильности механических характеристик. Вернемся к настоящему и сразу же приступим к практическим вопросам.

Как выбрать частотный преобразователь?

Рекомендация следующая, по мощности.
Общая рекомендация, нужно выбирать частотный преобразователь: на одну ступень по мощности номинальной выше, чем мощность вашего двигателя, либо группы двигателей, которой вы планируете подключать частотный преобразователь.
Частотный преобразователь у вас может быть как индивидуальный на один двигатель, так и групповой.
Ну, например: вы сделали сеть трехфазную от частотного преобразователя и подключаете к нему какие-то свои устройства, компрессоры, насосы, вытяжки, еще что-то.
Это будет групповой частотный преобразователь.

• Сумма мощности всех двигателей должна быть на ступеньку ниже мощности частотника.
  Если сумма мощности двигателей 4 киловатта, то частотник на 4, 5 либо 5 киловатт.
  Ну, то есть следующая ступенька, предлагаемая производитель.
• Второй показатель. Количество фаз на входе. Тут есть нюанс. В основном все частотные преобразователи большинство делаются на трехфазный вход, которому можно подводить также одну фазу. Но есть и специализированные, которые только рассчитаны на однофазный вход.
• Третий момент. Выходное напряжение. 220 или 380. И тут мы уже немножко подступаемся о существовании частотного преобразователя, на вход которого поступило 220, а вышло три фазы по 380. Большинство частотников регулирует на выходе напряжения от 0 до 100% входного напряжения.

То есть если вы на вход подали одну фазу 220, то на выходе получите три фазы регулируемые тоже с пределом верхним до 220 вольт. Если вы на вход подали трехфазное 380 или одну фазу 380, то есть линейное напряжение, то на выходе вы тоже получите три фазы с верхним напряжением 380.

Векторное или скалярное управление?

Очень интересные величины и здесь очень внимательно прочитайте. Вернемся к нашей схеме. Помните, есть такой блок, блок управления, мозги как я назвал. И вот векторные скалярное управления относятся к этим мозгам, смотря как они устроены.

Допустим, мозг одного частотного преобразователя это студент, а мозг другого частотного преобразователя это профессор.

• Так вот, скалярное-это будет студент, а векторное-это будет профессор.

И когда вы приходите в магазин или заказываете где-нибудь у производителя по интернету частотный преобразователь и вам говорят, берите этот будет лучше, берите векторный, он вообще супер, тут немножко есть нюанс. Вам пытаются впарить более дорогое устройство.
Нужно смотреть по ситуации, по виду привода, по типу нагрузки, которые вы будете подключать.
Кто лучше копает землю. Студент или профессор? Ну студент обычно подрабатывают на стройке, , и землю они копают лучше, чем профессор, но профессор лучше думает. Так и у частотных преобразователей. Если взять, что скалярное управление частотным преобразователем это студент, а векторное это профессор, то скалярные частотные преобразователи подходят больше для управления приводами механизмов, которые не требуют большой точности при регулировании момента в переходных процессах.

Где используются скалярные частотные преобразователи?

Например, это приводы вентиляторов, компрессоров, насосов, таких установок, в которых вам не важно там сильная точность в переходных процессах. Ну, перевели вы его с режима одной частоты на другую. Он перешел с пониженной на повышенную и дальше продолжает вам накачивать там воду, воздух или качать в баллоны воздуха. А когда вам требуется более точное управление и вы должны понимать, что момент на валу у вас будет стабилен и в переходных процессах не будет плавать, а будет более четко поддерживаться.

Где используются векторные частотные преобразователи?

Например, это приводы шпинделей ваших станков, там деревообрабатывающих, или металлообрабатывающих, где вам нужно регулировать скорость подачи или изгиба чего-то и вы должны четко понимать, что регулятор должен откликаться на ваш поворот ручке четко и точно, тогда вам подойдет векторный частотник.
В векторном частотном преобразователе контролируются векторные величины. Величина тока, напряжение, потока сцепления, векторные величины рассчитаны во времени. Для этого либо ставятся дополнительные датчики, либо в мозгах частотника в этом блоке управления стоит более мощный математический аппарат, который по шести дифференциальным уравнениям производит вычисление. Глубоко мы в высшую математику не будем влезать и в электронику тоже.

• Просто примите это как данность, что векторный частотный преобразователь более четко управляет приводом вашего механизма, особенно в переходных процессах.
• Отклик, скорость реагирования, поддержание момента, более высокая стабильность механических характеристик, это все векторный частотный преобразователь, то есть приводы станков.

Скалярный частотный преобразователь может быть групповым, к нему можно подключить несколько двигателей, имеется в виду поочередно.
К векторному частотнику можно подключить один двигатель, потому что векторный вносятся характеристики двигателя для вот этого более точного расчета векторных величин, поэтому векторный частотник он индивидуальный.

Как подключить частотный преобразователь к двигателю и к сети?

Несмотря на то, что частотников большое множество, в принципе у них всех есть более менее стандартное обозначение, а выходы на двигатель обозначаются латинскими буквами UVW, а входы RST, либо UVW1, а выходы UVW2, ну с единичкой и с девочкой, понятно.
Еще по входу бывает обозначение L1, L2, L3 и N, то есть нулевой нейтральный.

Смотрите, когда подключаем частотник, мы сразу подключаем выводы двигателя к выходу частотника, потом убеждаемся, что у нас нет на питающем кабеле напряжения и подключаем его к входам частотника.

Если у нас однофазный, то смотрим в инструкцию и видим, куда подключаются наши однофазные входы. На вход R и Т обычно, либо L1 и N, либо просто L и N.
Как я говорил ранее, многие частотники трехфазные по входу, они могут подключаться как на трехфазный ввод, так и на однофазный. Но в инструкции четко прописано, куда подключать одну фазу, а куда подключать три. Всегда читайте инструкцию!

Поочередность подключения частотного преобразователя

В первую очередь подключаем двигатель к частотному преобразователю, потом питающий кабель к частотнику и только потом подаем напряжение. Еще важный момент!

Какие двигатели нельзя подключать к частотному преобразователю?

Нельзя подключать двигатели бытового электроинструмента, которые внутри содержат коллекторные двигатели переменного тока. Если подключить к такому двигателю частотник он может выйти из строя и в т.ч. сам двигатель.
Управление коллекторными двигателями переменного тока в бытовых электроинструментах происходит с помощью управления напряжением, повышением, понижением напряжения, но не частоты.

Как из одной фазы 220 вольт делает на выходе 3 фазы 380?

Каким образом это происходит? Снова вернемся к нашей схеме.
Помните, 3 блока, выпрямитель, инвертор и блок управления, а вот между ними в этой точке еще устанавливается блок повышения напряжения.

Такая буст схема очень простенькая, помощь у дросселя, ключа, еще одного конденсатора реализуется схема повышения напряжения. Эта же схема также может применяться как схема корректора, коэффициента мощности. Более подробно об этом можно, узнать на форумах электронщиков.

• Просто знайте, что можно, выпрямив напряжение сетевое, однофазное 220 вольт, потом его повысить до необходимых пределов, а потом уже инвертировать его в переменное трехфазное, необходимых нам величин напряжения и частоты.

Важный момент про подключение частотного преобразователя к двигателю.

Если ваш двигатель имеет наклемники 6 выводов, посмотрите на картинку, то есть вариант. Обычно двигатель соединяется в звезду, вот таким образом, и его можно подключать на напряжение 380 вольт.

Как самостоятельно сделать частотный преобразователь.

Смотрите, если у вас нет денег на частотный преобразователь, но вдруг завалялся где-нибудь в гараже в мастерской старый синхронный двигатель большой мощности, ну там 4 киловатта 5 киловольт, любой большой мощности, которая больше, чем мощность ваших двигателей, которые вы собираетесь подключить на 380. А в мастерской у вас всего 220 вольт одна фаза, то вы можете без частотника сделать преобразователь, который сделает из одной фазы 220 три фазы 380.

Смотрите, на вот этот большой двигатель.

На одну его из фаз подается напряжение 220 вольт.
С помощью конденсатора пускового данный двигатель запускается. Как только он заработал, он превратился уже в трехфазный генератор, а синхронный, который выдает на своих выводах 3 фазы по 380 вольт. Не совсем, там напряжение будет чуть пониже на двух фазах, но тем не менее 3 фазы, скажем, с напряжением близким 380 вольт, необходимым для работы других двигателей.

И вот к этому вот импровизированному генератору можно подключать, как групповому источнику питания, ваши трехфазные двигатели без регулирования. Просто есть такая возможность, если у вас есть старый двигатель и нет частотного преобразователя, чтобы просто сделать из 220 фазы 380. Есть такой выход, альтернативный вариант.

Как защитить частотный преобразователь?

Сейчас расскажу, как немножко обезопасить и как защищать частотный преобразователь.
Много копий сломан в интернете на эту тему. Кто-то говорит, раз уж IGBT-транзистору сгореть, значит ему сгореть, но предлагают некоторые варианты защиты наши производители электротехнического оборудования.
А именно: на выходе частотного преобразователя предлагают ставить дроссель.
Если произойдет замыкание, то этот дроссель не позволит току короткого замыкания расти очень быстро и дать успеть защите внутренней защите частотного преобразователя отработать, закрыть силовые ключи и не сгореть.
По входу частотного преобразователя, производитель в основном рекомендует устанавливать автоматически выключать с номинальным значением тока равном 2 и номинальных частотного преобразователя.
Но лучше всего читать инструкцию, какой аппарат защиты рекомендует производитель для вашего частотного преобразователя.

Итак, вы узнали альтернативный способ создания трехфазной сети в вашей мастерской вообще без применения частотного преобразователя.
До встречи, друзья!