Преобразователи напряжения и частоты конспект
Обновлено: 06.07.2024
Преобразователи напряжение—частота ПНЧ (Voltage-to-Frequency Converters VFC) являются наиболее дешевым средством преобразования сигналов для многоканальных систем ввода аналоговой информации в ЭВМ, обеспечивающим высокую помехозащищенность и простоту гальванической развязки. ПНЧ — отличное решение для задач измерения усредненных параметров, расхода, а также задач генерирования и модуляции частоты.
ПНЧ относятся к классу интегрирующих преобразователей, поэтому обладают соответствующими достоинствами: хорошей точностью при минимальном числе необходимых прецизионных компонентов, низкой стоимостью, высокой помехоустойчивостью, малой чувствительностью к изменениям питающего напряжения, отсутствием дифференциальной нелинейности.
В интегральных микросхемах ПНЧ используется метод интегрирования входного сигнала с импульсной компенсацией заряда интегрирующего конденсатора. Для получения высокой точности и стабильности преобразования необходимо обеспечить постоянство вольт-секундной площади импульса обратной связи. Лучшей точностью и стабильностью обладают синхронизируемые ПНЧ, в которых длительность импульса обратной связи стабилизирует кварцевый резонатор.
Несинхронизируемые ПНЧ
Отечественная промышленность выпускает несинхронизируемый ПНЧ типа КР1108ПП1 и аналогичный КР1143ПП1. Их зарубежные аналоги, совместимые по выводам — ADVFC32 фирмы Analog Devices, VFC32 и VFC320 фирмы Burr-Brown. Упрощенная функциональная схема такого ПНЧ показана на рис. 1. ПНЧ включает в себя усилитель А1, компаратор А2, одновибратор, источник стабильного тока I0, аналоговый ключ S и выходной транзистор. Для построения ПНЧ микросхему следует дополнить двумя конденсаторами С1, С2 и двумя резисторами R1, R2. Элементы R1, С1, А1 образуют интегратор. Конденсатор С2 задает длительность импульса одновибратора t = kC2, где k определяется характеристиками микросхемы (в VFC32 I0 = 1 мА, k = 75 кОм). Импульсы тока I0 уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением VIN
Рис. 1. Типовая схема включения и диаграммы сигналов ПНЧ VFC32
Из (1) следует, что стабильность характеристики преобразования ПНЧ зависит от стабильности внешних элементов R1, C2 и внутренних параметров k, I0 микросхемы. Кроме того, для обеспечения высокой линейности преобразования конденсатор С1 необходимо выбирать с малой утечкой и малым коэффициентом диэлектрической абсорбции (полипропиленовый, полистирольный, поликарбонатный).
Диапазон входных токов задается равным 0,25I0, а резистор R1 устанавливает входной диапазон напряжения от 0 до VINmax = 0,25I0R1.
ПНЧ содержит выходной каскад с открытым коллектором. Напряжение питания этого каскада выбирается из условия согласования с последующими цифровыми цепями. Допустимый ток его достаточен для управления светодиодом оптрона или обмоткой импульсного трансформатора в схемах гальванической изоляции аналоговых входов.
С помощью рассматриваемого ПНЧ можно преобразовывать отрицательные напряжения, но для этого нужно изменить подключение входного сигнала. Иными словами, прямое преобразование биполярных сигналов не предусмотрено.
При расширении диапазона изменения выходной частоты все заметнее проявляется конечное время переключения аналоговых ключей, что выражается в интегральной нелинейности преобразования. Ее минимальная погрешность (0,01 %) достигается в узком диапазоне частот 0–10 кГц. В расширенном диапазоне выходных частот (0–500 кГц) погрешность нелинейности увеличивается до 0,2 %.
Еще один популярный ПНЧ — AD654 фирмы Analog Devices (рис. 2) — имеет следующие отличительные особенности: питание от одного источника напряжения 5 В, ток потребления 2 мА, высокое входное сопротивление (250 МОм), малые смещение (1 мВ) и дрейф нуля (4 мкВ/°С), небольшие начальное отклонение (±10 %) и температурный дрейф коэффициента преобразования (50*10 -6 /°С). Микросхема требует всего два внешних элемента RT и CT для задания характеристики преобразования:
Рис. 2. Схема включения AD654 с изолированным выходом
Максимальная частота может быть установлена до 500 кГц при динамическом диапазоне 80 дБ (диапазон входного тока — от 100 нА до 1 мА). С помощью RT диапазон входных напряжений можно устанавливать от 10 мкВ – 100 мВ до 3 мВ – 30 В.
Синхронизируемые ПНЧ
Точность ПНЧ определяется точностью вольт-секундной площади импульса обратной связи, поэтому вместо одновибратора в синхронизируемых ПНЧ длительность импульса обратной связи формируется равной периоду опорной частоты тактового генератора с кварцевой стабилизацией.
Рассмотрим микросхемы AD7741 / AD7742 (рис. 3, 4), заявленные фирмой Analog Devices как новое поколение синхронизируемых ПНЧ.
Рис. 3. Типовая схема включения AD7741
Рис. 4. Схема включения AD7742
Рис. 5. Многоканальное аналого-цифровое преобразование с использованием синхронизируемых ПНЧ
Характерной особенностью AD7741/AD7742 является смещенный диапазон выходной частоты: нижней границе входного диапазона соответствует выходная частота 0,05FCLKIN, а верхней — 0,45FCLKIN (рис. 6). Таким образом, диапазон выходной частоты составляет 0,4FCLKIN. Максимально допустимая частота тактового генератора — 6 МГц.
Рис. 6. Характеристика преобразования: а) AD7741, б) AD7742 в биполярном режиме
Выход обеспечивает КМОП-уровни и позволяет подключать одну ТТЛ-нагрузку. Для управления светодиодом оптопары требуется усилитель или специальная схема с входным током менее 1,6 мА.
Рис. 7. Схема включения VFC32 в режиме ПЧН
Для электронных счетчиков электроэнергии созданы преобразователи произведения двух напряжений в частоту следования импульсов [3], например AD7750.
Микросхемы ПНЧ ведущих фирм производителей электронных компонентов для аналого-цифрового преобразования:
Изменить скорость вращения электромотора можно, используя силовое электронное устройство – преобразователь частоты (ПЧ). С его помощью выполняют изменение частоты трёхфазного или однофазного напряжения. Изменению подвергается переменный ток частотой 50 Гц. С помощью ПЧ его преобразуют в трёх,- или однофазный ток с частотой, лежащей в интервале 1-800 Гц.
Что такое частотник
Частотником в обиходе называют ПЧН (преобразователь частоты и напряжения). Это устройство, позволяющее не только регулировать частоту переменного тока и напряжения, но и создавать целый спектр защитных опций для присоединяемой нагрузки.
Важно! Изменение частоты на выходе ПЧ относительно частоты на входе происходит по обусловленному порядку V/f или с применением векторного регулирования.
Классификация преобразователей частоты
Подобные устройства можно разделить на два типа: электроиндукционный и электронный. К первым ПЧ относятся работающие в режиме генератора-преобразователя асинхронные моторы с фазными роторами.
Ко вторым – следует относить электронные ПЧ (инверторы). Они подразделяются на два вида:
Подключаемые непосредственно в сеть и не нуждающиеся в дополнительных устройствах реверсивные преобразователи на тиристорах представляют собой непосредственные ПЧ.
Двухзвенные ПЧ включают в свой состав транзисторную или тиристорную схему (одно звено) и второе звено постоянного тока (ПТ).
К сведению. Двухзвенные преобразователи всегда идут в комплекте: инвертор частотник и выпрямитель, который выдаёт постоянный ток.
Структура частотного преобразователя
Состав блоков, из которых состоят устройства, зависит от их класса. Преобразователи непосредственного включения состоят из блоков:
- блок системы управления;
- тиристорный блок (управляемый выпрямитель);
- электродвигатель.
Структура ПЧ с узлом постоянного тока (ПТ) выглядит следующим образом:
- звено ПТ;
- импульсный инвертор трёх фаз;
- управляющая система.
Нагрузкой тоже выступает электродвигатель, частота вращения которого подлежит регулировке.
Непосредственные частотные преобразователи (НПЧ)
К этим типам устройств относятся аппараты, выполненные по двум схемам: естественного и принудительного коммутирования. Циклоконверторы обладают естественной коммутацией и включают в себя совокупность преобразователей на реверсивных тиристорах. Используются также сборки, имеющие совместное или раздельное управление.
Принудительная коммутация НПЧ выполняется с применением запираемых тиристоров или транзисторов, входящих в состав ключей управления (матриц). Непосредственное управление осуществляет ШИМ – контроллер.
Внимание! ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, которая позволяет управлять частотой и напряжением на двигателе, изменяя скважность управляющих ключами импульсов. В этом случае любую фазу сети можно подключить к любой фазе мотора.
Частотные преобразователи со звеном ПТ
В состав такого звена входят выпрямитель, не имеющий управления, и фильтр. Трёхфазное переменное напряжение, поданное на его вход, выпрямляется и фильтруется. После чего снова при помощи инвертора преобразуется в переменное напряжение, но его уже возможно изменять по частоте и амплитуде.
Принцип действия преобразователя частоты
Преобразователь напряжения и частоты работает следующим образом:
Управляя инвертором, изменяют такие параметры, как частота, напряжение и амплитуда (U, V, W).
Как подключить и настроить ПЧ
Подключение можно выполнять, как к трёхфазной (380 В), так и однофазной сети (220 В). При присоединении следует обеспечить следующие действия (для обоих вариантов):
Важно! Токи автоматических выключателей подбираются по току фазы (Iф) для трёхфазной сети и трёхкратному Iф – для однофазной сети.
После того, как схема собрана, регулятор вращения вала мотора убирают в минимальное положение. Далее выполняется следующее:
Внимание! Возможно, на дисплее высвечивается частота напряжения питания (Гц) вместо значений частоты, с которой вращается вал (об./мин.). Не стоит путать эти две величины.
Для чего преобразователь напряжения и частоты (ПНЧ)
Он необходим для управления приводом синхронных и асинхронных электрических машин. Там, где необходимо осуществлять контроль над частотой вращения вала, используют ПНЧ.
Где используются частотные преобразователи
Подобной аппаратурой пользуются в промышленных масштабах: в устройствах, требующих регулировки скоростей вращения электромоторов и устранения негативного влияния амплитудных токов при пуске. К подобным устройствам относятся:
- лифты;
- насосы центробежные, центрифуги и вентиляторы;
- транспортёры и поточные линии;
- станки, требующие точного позиционирования.
Наличие обратной связи при управлении ПЧ обеспечивает корректную регулировку вращения привода.
Способ управления
Частотные преобразователи управляются разными способами. К основным командам относятся: пуск, остановка, регулировка скорости, аварийное торможение. Эти действия допустимо выполнять как с панели ПЧ, так и с пульта. Это касается подачи команд от оператора к оборудованию. Осуществлять управление работой электропривода моторов ЧМ может следующими способами:
Скалярная регулировка опирается на постоянное соотношение выходных напряжения и частоты (Uвых/Fвых). Данный метод не требует применения датчика, указывающего на текущее положение ротора. Применяется там, где нагрузки не изменяющиеся, и нет повышенных динамических нагрузок.
Важно! При такой регулировке нагрузка на двигатель влияет на скорость: при большой нагрузке скорость уменьшается, при малой – увеличивается.
Векторный метод опирается не только на контроль над U/F, но и угол, и величину вектора пространства (фазу). При данном методе отсутствует инерционность регулировки, она осуществляется в большом интервале скоростей.
Внимание! При векторном способе нагрузка не влияет на скорость вращения, постоянство скорости достигается при помощи автоматической корректировки напряжения на выходе.
Как выбрать частотник
Существует несколько критериев, по которым выбирают аппарат.
По мощности
Мощность преобразователя (P) должна быть немного больше, чем электрическая мощность двигателя, которым он будет управлять. Электрическая мощность, которую двигатель будет потреблять, равна произведению значений напряжения и тока (В*А). Частотник подбирают с 15-20% запасом мощности.
Напряжение в сети
От того, какое напряжение будет являться питающим (380 В или 220 В), зависит выбор регулятора. Величина Uпит указана в техпаспорте прибора.
Частотная регулировка
Интервал регулировки частот преобразователя, заявленный производителем, должен позволять регулировать вращение вала присоединяемого электромотора в спектре его скоростных характеристик.
Дискретные входы
Наличие входов обязательно. Они нужны для подачи (ввода) команд. С их помощью можно изменять параметры преобразователя и его состояние.
Соотношение цены и количества выводов
Подобрать частотник по цене можно, руководствуясь количеством функциональных выводов. От их количества зависит не только стоимость, но и удобство подключения, управления, настройки и регулировки.
Перегрузки и ШУ
Шина управления (ШУ) подбирается под конкретный инвертор. Хорошим вариантом при приобретении будет ШУ, которая имеет достаточный запас колодок (разъёмов) для подключения. Это позволит в дальнейшем подключать к аппарату дополнительную аппаратуру, устройства защиты от перегрузок. Учесть все необходимые качества поможет сборка частотного преобразователя своими руками.
Как сделать преобразователь частоты собственноручно
Многие любители пробуют изготавливать преобразователи частоты своими руками.
Схема хорошо работает с мотором мощностью до 1 кВт, российского и зарубежного производства.
Для изготовления инвертора понадобятся следующие детали:
- микросхемы: К155ЛА3, К155ИЕ4, К155ЛП5;
- транзисторы: КТ315 (3 шт.), КТ817В (3шт.);
- диоды: КД105Г – 3 шт.;
- резисторы сопротивлением: 10 кОм (3 шт.), 6,2 кОм (3 шт.), 1 кОм (3 шт.), 220 Ом и переменный резистор на 1 кОм;
- конденсаторы: 0,33 и 0,1 мкФ;
- электролитические конденсаторы: 100 мкФ*10 В и 1000 мкФ*50 В.
Этому частотнику, своими руками изготовленному, обязательно нужен блок питания на 27 В и 5 В постоянного напряжения. Электродвигатель подключают согласно схеме.
Если обращаться к современным технологиям, то создание инвертора можно выполнять на базе платформы Ардуино. Регуляторы частоты – незаменимая вещь для управления электроприводом, как в бытовых, так и в промышленных условиях.
Видео
Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.
Частотные преобразователь Toshiba
Для чего нужен частотный преобразователь?
Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).
Насос водяной
Канальный вентилятор
Рассмотрим процессы, происходящие в электродвигателе в момент прямого пуска с помощью автоматического выключателя или кнопки включения контактора на примере обычного трехфазного асинхронного двигателя.
На статорные обмотки электродвигателя подается переменное напряжение, которое генерирует соответствующее электромагнитное поле этих обмоток. Это поле, направленное в сторону ротора, в свою очередь заставляет генерироваться электрический ток в короткозамкнутых витках ротора. Затем ток в обмотках ротора генерирует ответное магнитное поле, которое и приводит к движению ротора относительно статора. Все эти процессы, возникающие в момент пуска, называются процессом намагничивания статора и ротора.
Асинхронный электрический двигатель
Трехфазный электродвигатель сам по себе не нужен: на его валу обязательно присутствует нагрузка (самая простая — в виде лопастей вентилятора). В ситуации с нагруженным конвейером всё сложнее. Тем не менее, у этой нагрузки есть момент инерции – момент, который необходимо преодолеть двигателю для запуска вращения вала. Таким образом, все эти электромагнитные и механические силы в момент пуска напрямую соотносятся с обычным пусковым током двигателя. Как несложно догадаться, этот ток будет в несколько раз (2-7) больше номинального тока двигателя, который получится в установившемся режиме работы.
Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту
n = (60 • f / p) • (1 — s)
где n – номинальное число оборотов вала асинхронного электродвигателя, p – число пар полюсов (см. на паспортной табличке), s – скольжение (разность скоростей поля ротора и поля статора), f – частота переменного тока (например, 50 Гц). Число пар полюсов статора зависит от конструкции катушек статора. Скольжение зависит от нагрузки на валу электродвигателя. Таким образом, подключив электродвигатель к сети переменного тока, мы получим вращение с постоянной скоростью.
Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?
Заданное в паспортной табличке число оборотов двигателя на 1 минуту не всегда устраивает потребителя. Иногда скорость механизма хочется уменьшить, а давление в трубе наоборот поднять. Возникает потребность в изменении частоты вращения вала электродвигателя. Как видно из формулы выше, наиболее простой способ изменения частоты вращения вала электродвигателя –изменить частоту переменного тока f.
Шильдик электродвигателя EQPIII Toshiba
Принцип работы частотного преобразователя
Вот тут и приходит на помощь частотный преобразователь, иначе говоря ЧРП (частотно-регулируемый привод). Он, как говорилось в самом начале, позволяет задавать на своем выходе заданные в настройках амплитуду напряжения и частоту переменного тока.
Частота вы выходе может регулироваться в диапазоне 0.01 — 590 Гц если брать инверторы серии AS3 Toshiba. Для серии S15 Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 500 Гц. Для серии nC3E Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 400 Гц. Это объясняется функциональным назначением разных серий ПЧ.
Напряжение на выходе может изменяться в диапазоне от 0 В до напряжения питания ПЧ, т.е. текущего напряжения на входе частотного преобразователя. Это свойство можно использовать для получения нужного выходного напряжения и частоты, что ценно, например, для испытания стендового оборудования. Правда для этого придется использовать специальный выходной синусный фильтр, чтобы получить чистые синусоидальное напряжение и ток.
С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?
Дело в том, что для поддержания определенного магнитного поля в обмотках статора требуется изменять не только частоту, но и напряжение. Получается, что частота должна соответствовать определенному напряжению. Этот называется законом скалярного управления U/f (V/f), где U или V — напряжение.
Использование частотника позволяет убрать большой пусковой ток, достигая таким образом значительного экономического эффекта при частых пусках и остановках электродвигателя.
Схема частотного преобразователя
Схема преобразователя частоты
Напряжение в звене постоянного тока после выпрямления трехфазного напряжения будет равно согласно формуле: 380*1,35 = 513 В.
Дроссель DCL в звене постоянного тока позволяет дополнительно сгладить пульсации напряжения после диодного моста и выполняет функции снижения гармоник выпрямителя, инжектируемых в питающую сеть.
ШИМ инвертора
Выходное напряжение частотного преобразователя будет всегда ниже входного сетевого напряжения. Это связано с потерями в силовом модуле и алгоритме получения ШИМ импульсов.
Между частотным преобразователем и электродвигателем можно установить дополнительный фильтр, позволяющий значительно улучшить форму выходного напряжения после частотника. Это необходимо для того, чтобы импульсы ШИМ не разрушали изоляцию обмоток двигателя и не вызывали перенапряжения на конце длинного кабеля. Подробнее о выходных фильтрах.
Тормозной прерыватель (Brake Chopper)
На схеме частотного преобразователя можно заметить еще один транзисторный ключ T7. Его назначение — сброс энергии звена постоянного тока при значительном превышении напряжения на конденсаторах. Перенапряжение возникает в том случае, когда частота вращения вала электродвигателя превышает частоту тока на клеммах электродвигателя (например, при торможении). Это часто встречается на кранах или крупных вентиляторах, когда невозможно быстро затормозить вращение.
При наступления события превышения напряжения DC, этот транзисторный ключ T7 замыкается, передавая энергию звена постоянного тока на тормозной резистор. Конечно, резистор при этом может очень сильно нагреться и даже разрушится, но при этом не пострадает наиболее дорогое оборудование — частотный преобразователь.
Тормозной резистор является опциональным оборудованием и подключается к специальным клеммам преобразователя частоты.
КПД частотного преобразователя
Такие важные параметры как КПД частотника и производительность воздушного потока для его охлаждения можно посмотреть в соответствующем столбце следующей таблицы на примере серии VF-AS3 TOSHIBA.
| Питающая сеть | Допустимая мощность двигателя (kW) | Типоразмер частотника | Размер корпуса | КПД | Мощность тепловыделения на радиаторе охлаждения (Вт) *1 | Мощность тепловыделения передней части инвертора (Вт) *1 | Требуемое значение потока воздушного охлаждения (м³/мин) | Площадь стенок закрытой стальной оболочки без вентиляции (м²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3-фазы 380/480 В | 0.75 | VFAS3-4004PC | A1 | 0,89 | 56 | 26 | 0.32 | 1.13 |
| 1.5 | VFAS3-4007PC | A1 | 0,93 | 79 | 28 | 0.45 | 1.58 | |
| 2.2 | VFAS3-4015PC | A1 | 0,94 | 100 | 30 | 0.57 | 2.00 | |
| 4.0 | VFAS3-4022PC | A1 | 0,96 | 140 | 33 | 0.79 | 2.80 | |
| 5.5 | VFAS3-4037PC | A1 | 0,96 | 192 | 37 | 1.09 | 3.83 | |
| 7.5 | VFAS3-4055PC | A2 | 0,96 | 233 | 45 | 1.32 | 4.66 | |
| 11 | VFAS3-4075PC | A2 | 0,97 | 323 | 53 | 1.84 | 6.47 | |
| 15 | VFAS3-4110PC | A3 | 0,97 | 455 | 62 | 2.58 | 9.10 | |
| 18.5 | VFAS3-4150PC | A3 | 0,97 | 557 | 70 | 3.16 | 11.14 | |
| 22 | VFAS3-4185PC | A3 | 0,97 | 603 | 71 | 3.42 | 12.06 | |
| 30 | VFAS3-4220PC | A4 | 0,97 | 770 | 94 | 4.37 | 15.40 | |
| 37 | VFAS3-4300PC | A4 | 0,97 | 939 | 107 | 5.33 | 18.78 | |
| 45 | VFAS3-4370PC | A4 | 0,97 | 1101 | 123 | 6.25 | 22.02 | |
| 55 | VFAS3-4450PC | A5 | 0,98 | 1094 | 132 | 6.21 | 21.88 | |
| 75 | VFAS3-4550PC | A5 | 0,98 | 1589 | 175 | 9.02 | 31.78 | |
| 90 | VFAS3-4750PC | A5 | 0,98 | 1827 | 199 | 10.37 | 36.54 | |
| 110 | VFAS3-4900PC | A6 | 0,97 | 2920 | 309 | 16.58 | 58.40 | |
| 132 | VFAS3-4110KPC | A6 | 0,97 | 3457 | 358 | 19.62 | 69.13 | |
| 160 | VFAS3-4132KPC | A6 | 0,97 | 4013 | 405 | 22.78 | 80.26 | |
| 220 | VFAS3-4160KPC | A7 | 0,97 | 5404 | 452 | 30.68 | 108.08 | |
| 250 | VFAS3-4220KPC | A8 | 0,97 | 6279 | 606 | 35.64 | 125.58 | |
| 280 | VFAS3-4250KPC | A8 | 0,97 | 6743 | 769 | 38.28 | 134.86 | |
| 315 | VFAS3-4280KPC | A8 | 0,97 | 7749 | 769 | 43.99 | 154.98 |
*1) В таблице приведены данные для нормального (не тяжелого) режима работы преобразователя частоты.
Области применения и экономический эффект использования частотных преобразователей
Сферы применения преобразователей частоты
- Краны и грузоподъемные машины
Крановые двигатели работают в старт-стопном режиме и переменной нагрузке. Применение частотных преобразователей позволяет убрать рывки и раскачивание груза при пусках и стопах. Также обеспечивается остановка крана точно в требуемом месте. При этом снижается нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент. - Привод нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососах
Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный КПД котельных агрегатов. - Транспортеры, прокатные станы, конвейеры, лифты
Частотник позволяет регулировать скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов. Это увеличивает срок службы механических узлов и позволяет экономить электроэнергию на старт-стопных режимах по сравнению с прямым пуском. - Насосные агрегаты и вентиляторы
Благодаря встроенным ПИД-регуляторам, частотники позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и расход. Также значительно увеличивается общий КПД линии водо- или воздухоподачи. - Перемоточные и намоточные станки
Современные частотные приводы Toshiba содержат 2 встроенных ПИД-регулятора: контроля скорости намотки и контроля позиции в регуляторе натяжения. Таким образом можно обойтись без использования внешнего контроллера для управления скоростью и натяжением перемоточного станка. - Электродвигатели станков с ЧПУ и поворотных механизмов
Использование частотника вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. Встроенное в серию AS3 Toshiba управление несколькими режимами точного позиционирования может быть использовано для построения системы управления без использования контроллера. Таким образом, ПЧ широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования. - Испытательные стенды
В связи с тем, что ПЧ способен регулировать частоту и напряжение на своем выходе, то это можно использоваться для питания разного рода стендовой аппаратуры. Правда, для этого придется после ПЧ установить синусный фильтр для получения синусоидального выходного напряжения. Это позволит подавать на испытуемое оборудование широкий диапазон частот и напряжений.
Преимущества частотных преобразователей
- Экономия электроэнергии
Использование ПЧ позволяет уменьшить пусковые токи и оптимизировать потребляемую мощность благодаря встроенным алгоритмам управления. - Увеличение срока службы электрического оборудования и механизмов
Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межсервисный интервал механизма и увеличить срок эксплуатации электродвигателей.
Появляется возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек для регулирования потока, электромагнитных тормозов и прочей регулирующей аппаратуры, снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования. - Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание
Частотники не нуждающихся в регулярной чистке и смазке, как например, задвижки и редукторы. - Возможность удаленного управления и контроля параметров частотного преобразователя и подключенных к нему датчиков
В частотниках Toshiba реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики. Это позволяет ПЧ встраиваться в системы автоматизации. - Широкий диапазон мощностей и типов двигателей
Линейка ПЧ может применяться для двигателей мощностью от 100 Вт и до нескольких МВт, как на асинхронные, так и на синхронные электродвигатели. - Защита электродвигателя от аварий и перегрузок
Частотные преобразователи содержат в себе защиту от перегрузок, коротких замыканий, обрыва фаз. Функции перезапуска при возобновлении подачи электроэнергии позволяют автоматически запускать двигатель. - Множество функциональных настроек приводов Toshiba
Можно перечислить следующие востребованные функции ПЧ:- Автозапуск/перезапуск ПЧ при появлении напряжения питания
- Возможность включения трехфазного частотника в однофазную сеть питания при определенном конфигурировании параметров
- Множество тонких настроек для работы с подъемно-транспортным, насосным оборудованием, станками
- Сохранение истории аварийных отключений
- Встроенный функционал защиты двигателя от перегрева
- Возможность работы с множеством протоколов связи
- ПИД-регуляторы для различных областей применения
- Работа на множестве предустановленных скоростях
- Толчковая работа двигателя для сложного старта
- Автоподхват вращающегося двигателя
- Линейное, S-образное, 5-точечное задание разгона.
- Пропуск проблемных частот (для насосного оборудования)
- Широкий диапазон частот работы 0-400/500 Гц
- Ручное задание диапазона частот работы электродвигателя
- Легкий перенос настроек с одного частотника на другой
- Работа с асинхронными и синхронными электродвигателями
- Возможность трассировки работы преобразователя частоты для нахождения причины возникновения аварии или предупреждения
- Траверс-контроль для текстильных машин
- Защита от повышенного или пониженного момента (тока) двигателя
Внедрение частотных преобразователей дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и техническое обслуживание электродвигателей и оборудования. Появляется возможность использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до 3-х лет.
Частотные преобразователи Toshiba
Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач регулирования скорости электродвигателя. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.
![Инвертор VF-AS3 Toshiba]()
Трехфазный инвертор VF-AS3 Toshiba
![]()
Однофазный преобразователь частоты VF-nC3
Высоковольтные преобразователи частоты ВПЧ
Выше рассмотрены низковольтные частотные преобразователи. Но также существует множество вариантов высоковольтных преобразователей частоты. Компания СПИК СЗМА является дистрибьютором ПЧ среднего напряжения TMEIC.
![Высоковольтные преобразователи частоты MVe2]()
Высоковольтные преобразователи частоты MVe2
Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.
Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.
Устройство
Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:
- Инвертирующие.
- Повышающие.
- Понижающие.
Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
- Ключевой коммутирующий элемент.
- Источник питания.
- Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
- Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
- Блокировочный диод.
Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.
Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.
Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.
Устройство трансформатора включает следующие элементы:
- Магнитопровод.
- Первичная и вторичная обмотка.
- Каркас для обмоток.
- Изоляция.
- Система охлаждения.
- Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).
Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.
Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.
Принцип действия
Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.
Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.
- Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
- Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
- В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
- Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
- Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
- В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.
В иды
Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.
Преобразователи напряжения постоянного тока:
- Регуляторы напряжения.
- Преобразователи уровня напряжения.
- Линейный стабилизатор напряжения.
Преобразователи переменного тока в постоянный:
- Импульсные стабилизаторы напряжения.
- Блоки питания.
- Выпрямители.
Преобразователи постоянного тока в переменный:
Преобразователи переменного напряжения:
- Трансформаторы переменной частоты.
- Преобразователи частоты и формы напряжения.
- Регуляторы напряжения.
- Преобразователи напряжения.
- Трансформаторы разного рода.
Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
- На пьезоэлектрических трансформаторах.
- Автогенераторные.
- Трансформаторные с импульсным возбуждением.
- Импульсные источники питания.
- Импульсные преобразователи.
- Мультиплексорные.
- С коммутируемыми конденсаторами.
- Бестрансформаторные конденсаторные.
Особенности
- При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
- Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
- По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.
Применение
- Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
- Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
- Для питания различных цепей;
— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.
Читайте также:
