2.3.3 Современные преобразователи частоты для электропривода широкого применения

В настоящее время большинство технологических задач решается на основе комплектных асинхронных электроприводов с частотным управлением. Сегодня все ведущие отечественные и зарубежные фирмы, работающие в области силовой электроники выпускают изделия, предназначенные для управления вентиляторами, насосами, подъемно-транспортным оборудованием, приводами промышленных роботов и т.д. Существует выраженная тенденция перехода к автоматизированному электроприводу в тех областях, где раньше использовались простейшие релейно-контакторные системы. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности оборудования, уменьшить энергопотребление.

Диапазон мощностей существующих серийных преобразователей частоты (ПЧ) составляет от 0,3 кВт до 10000 кВт. Они обеспечивают плавное регулирование скорости вращения с сохранением перегрузочной способности в диапазоне 1:20 и более. Могут работать в разомкнутых и замкнутых системах управления. Позволяют формировать режимы разгона и торможения. Имеют целый ряд встроенных систем защиты преобразователя и двигателя.

Силовая часть большинства ПЧ построена на основе инверторов с ШИМ. Техническим стандартом являются два возможных режима работы – управление с заданной функциональной связью  и векторное управление. Для поддержания постоянства потокосцепления при управлении по закону  в ПЧ используется -компенсация и коррекция напряжения на входе инвертора.

Режим с заданной -характеристикой используют в основном для одиночных и многодвигательных приводов малой и средней мощности с вентиляторной нагрузкой. Жесткость статических характеристик примерно соответствует естественной. Диапазон регулирования обычно составляет 1:10 без применения датчика скорости. Если требуется повышение жесткости и расширение диапазона регулирования, то применяют различные аналоговые или цифровые (импульсные) датчики. Для этого в ПЧ имеются соответствующие управляющие входы и выходы.

Режим векторного управления используют для приводов в основном с тяжелыми условиями работы (вентиляторы большой мощности, экструдеры, подъемно-транспортное оборудование). Диапазон регулирования без датчика скорости здесь также составляет около 1:10, но векторное управление обеспечивает лучшую динамику привода за счет внутреннего отдельного канала управления моментом. В изделиях ряда фирм в режиме векторного управления возможен выбор типа нагрузки, т.е. работа с постоянным располагаемым моментом, с переменным моментом, в режиме энергосбережения.

Вся внутренняя обработка информации в ПЧ обеспечивается микропроцессором. В высококачественных устройствах для повышения быстродействия используется параллельная обработка несколькими процессорами. Преобразователи частоты имеют карты расширения функций, позволяющие управлять приводом с помощью ПК, через Internet, создавать сложные взаимосвязанные системы приводов с обменом информацией между ними.

Типичная комплектация ПЧ показана на рисунке. Она включает собственно преобразователь (1); диалоговый терминал (2), который может устанавливаться на преобразователе или отдельно на крышке шкафа, а также на удалении в несколько метров, соединяясь с преобразователем телефонным кабелем; комплект Power Suite для миникомпьютера (3); программное обеспечение Power Suite для ПК (4); операторскую панель (5); различные карты расширения (6). Набор карт расширения позволяет индивидуализировать применение ПЧ. Это могут быть: карты входов-выходов, позволяющие увеличить их число и адаптировать к имеющемуся оборудованию; коммуникационные карты, позволяющие организовать обмен информацией процессора ПЧ с внешними устройствами, имеющими другими шины и протоколы; а также прикладные карты, в основном предназначенные для раздельного управления приводами в многодвигательном приводе.