У цьому огляді піде мова про частотне регулювання, походження цього явища і його призначення. Термін частотне регулювання використовується для опису частотно-регульованого приводу, найчастіше саме електричного приводу, який складається з синхронного чи асинхронного двигуна та частотного перетворювача.
Частотний перетворювач - це пристрій, який перетворює змінний струм на постійний за допомогою випрямляча струму, також, завдяки вбудованому інвертору, зазвичай у вигляді широтно-імпульсного модулятора, формує необхідну частоту струму та його амплітуду.
У виробничій сфері керування електродвигунами за допомогою маніпуляцій з частотою струму значно підвищило енергоефективність та продуктивність електричних систем. Сьогодні частотні перетворювачі разом з двигунами застосовуються у насосах, компресорах, вентиляторах, на промислових лініях і т.д.
Проте раніше частотні перетворювачі підвищували ефективність асинхронних машин шляхом поступової зміни крутного моменту та швидкості обертання приводу. Ще 30 років тому, через технологічні обмеження промисловості, частотне регулювання залишалося лише теоретичною концепцією.
Поява IGBT-транзисторів та потужних мікропроцесорів, стала революційним моментом, який дозволив застосувати теоретичні концепції на практиці. Цей технологічний прорив призвів до появи на світовому ринку частотних перетворювачів розроблених у США, Японії та Європі. Зрозуміло, що не всі могли дозволити собі такі пристрої, оскільки їхня ціна була доволі високою. Проте зараз виробництво частотних перетворювачів досягло балансу між якістю та витратами. Вартість знизилась разом з розмірами перетворювачів, і при цьому зросла їх надійність та можливість ремонту.
Оптимальні моделі частотних перетворювачів для різних галузей застосування.
Перед тим як перейти до практичного застосування частотних перетворювачів, спочатку згадаємо їх переваги та розглянемо, які плюси у частотному регулювання двигуна, і чому варто додати цей компонент до системи.
Використання перетворювача частоти відкриває перед користувачами ряд переваг:
- Досягнення високої точності регулювання;
- Розширення можливостей режиму роботи силової установки;
- Економія електроенергії при змінних навантаженнях;
- Можливість проведення віддаленої діагностики приводів у промислових секторах;
- Забезпечення плавного запуску двигуна, що допомагає уникнути зайвого зносу обладнання.
- Забезпечення максимального пускового моменту;
- Можливість підхоплення обертового статора;
- Стабілізація швидкості обертання при зміні навантаження;
- Автоматичний перезапуск системи після її зупинки;
- Виконання функцій автоматичного вимикача.
Однак, застосування частотного регулювання для асинхронних двигунів також супроводжується певними недоліками. Багато з частотників викликають електромагнітні перешкоди. Високі витрати на таке обладнання, розтягують термін окупності на 12-14 місяців. Конденсатори в основному ланцюзі з роками висихають і втрачають свою початкову ємність.
Тепер давайте обговоримо критерії вибору відповідного обладнання. Фактично, їх можна звести до двох основних: область застосування та типорозмір. Регулювання частоти електроприводу забезпечує плавність обертання ротора й зменшує енергоспоживання під час запуску. Загальнопромислові моделі мають стандартний набір функцій, але для вирішення специфічних завдань систему можна модифікувати. Наприклад, у сфері енергетики та ЖКГ модифіковані установки контролюють насосне обладнання, яке використовується у водопостачанні, котельнях і теплових пунктах. Вентиляційні системи також працюють за унікальними налаштуваннями. Існують спеціальні режими для компресорів, що перекачують холодоагенти, пожежних та ліфтіових систем.
Під час вибору за типорозміром важливо мати на увазі, що номінальний струм частотного перетворювача має перевищувати значення двигуна. Співвідношення між номінальним та максимальним значеннями зазвичай знаходиться в діапазоні від 110% до 250%.
Важливо враховувати, що частотно-імпульсне регулювання враховує не лише напругу мережі, але й додатковий функціонал. Для інтеграції системи керування автоматикою будівлі та диспетчерського пункту використовуються спеціальні мережеві інтерфейси.
Рівень захисту корпусу, слід оцінювати з урахуванням умов експлуатації, таких як вологість, температура та сейсмічна активність. Також слід враховувати інший фактор - тип монтажу: в шафі, на підлозі або на стіні, що також може впливати на вибір обладнання.
Функції частотних перетворювачів
Набір функцій частотника залежить від взаємодії з різним обладнанням. Розглянемо ці функції на прикладі роботи з насосним обладнанням.
- Контроль витоку. Спрацьовує при раптовому зниженні тиску у мережі: якщо тиск опускається до певного рівня, перетворювач частоти припиняє живлення насоса.
- Керування за сигналом зворотного зв'язку. Вимагає оператора для керування, який, за допомогою ПІД-контролера може керувати будь-якими типами насосів, від плунжерних до поршневих.
- Сплячий режим. Автоматично вимикає насос у разі низького водозабору і знову вмикає його, коли потік відновлюється до нормального рівня.
- Контроль каскадної групи. Призначений для оптимізації роботи насосів у зв'язці з іншими системами. Ця функція дозволяє за потреби підключати додаткові насоси, а частотники синхронізують роботу різних агрегатів, приводячи їх до спільної швидкості.
У наш час, насосні станції з частотним регулюванням стали стандартом для прогресивних підприємств, що прагнуть повного контролю над використанням ресурсів. Завдяки електроніці, досягається найвищий рівень диспетчеризації. Завдяки хмарним сервісам є можливість контролю та керування такими системами з будь-якої точки світу. Крім того, сучасний функціонал у хмарних сервісах дозволяє збирати дані в режимі онлайн для подальшого аналізу та оптимізації роботи обладнання.
