Частотные преобразователи: как они помогают экономить энергию

Электродвигатели обычно работают на переменном токе. Если управлять этим током, изменяя частоту, параллельно можно трансформировать работу самого двигателя. Например, существует фиксированная частота, а также напряжение. Частотный преобразователь позволяет изменять эти параметры на другие, благодаря чему изменяется скорость вращения двигателя, что минимизирует затраты электроэнергии, а сам двигатель может служить намного дольше без ремонта и технического обслуживания.

Принцип работы частотных преобразователей

Частотный преобразователь имеет широкий спектр применения. Этот прибор работает по принципу двойного преобразования сигнала из сети. Сначала напряжение подается на выпрямляющие диоды, после чего нивелируются гармоники синусоиды, а пульсация сигнала — сохраняется. Следующий этап — избавление от пульсаций, для чего используются конденсаторные батареи. На выходе получают сглаженное и стабильное напряжение. Однако на этом преобразование не завершается.

Выпрямительный модуль подает сигнал на мостовую схему на 3 фазы. Обычно это 6 транзисторов, которые имеют защиту из диодов. Такая схема защищает оборудование от пробоя, вызванного обратной полярностью. Все частотные преобразователи оснащены мощными транзисторами и резисторами для рассеивания энергии. Это наиболее распространенный вариант подключения схемы электродвигателя, который используется в системе торможения.

Особого внимания заслуживает векторное управление частотного преобразователя. Такой алгоритм позволяет строить схемы с автоматическим регулированием сигнала. Существуют следующие схемы управления:

1. Широтно-импульсная.
2. Амплитудная.

Амплитудное управление основано на изменении входного напряжения, а широтно-импульсное работает через переключение силовых транзисторов, при этом входное напряжение остается неизменным.

Снижение потребления энергии в энергосистемах с переменными нагрузками

В последнее время во всем мире, в том числе и в Украине, увеличиваются цены на электроэнергию. Прежде всего, от этого страдает производство, так как для промышленных объектов установлены повышенные тарифы на электричество, а также там потребляются большие объемы.

Одна из многих задач современных предприятий — повышение энергетической эффективности. Такие производственные линии, как конвейеры, системы вентиляции, подготовки воздуха, станки и т. д., требуют много электроэнергии. Учитывая, что эта техника преимущественно работает на основе электродвигателей, при решении вопроса энергоэффективности стараются снизить потребление электричества.

Когда есть переменные нагрузки на технику, лучший вариант экономии — установка преобразователей частоты. Например, при проектировании вентиляционных систем или кондиционирования проводят расчеты максимальных объемов воздуха в помещении. Однако не всегда нужно обеспечивать максимальные объемы воздуха. В какое-то время система может работать на 10% от своей мощности. Именно частотный преобразователь может управлять оборотами электродвигателей, создавая заданный поток воздуха и тем самым экономя электроэнергию.

Еще одна сфера использования частотного преобразователя — насосы. Когда не стоит задача работы насосной станции на максимальную мощность, частотник может сократить потребление электроэнергии, снижая обороты двигателей.

Кроме того, насос, который может получать переменную нагрузку, работает с частотным преобразователем и не допускает гидравлических ударов в системе трубопроводов.

Конвейер также имеет переменный режим нагрузки, поэтому на его двигателе устанавливают частотник. Когда нужно ускорить движение конвейерной ленты, прибор увеличивает напряжение. То же самое происходит и при снижении скорости перемещения ленты.

Аналогичная ситуация складывается с подъемными кранами и механизмами, где всегда существует необходимость в регулировании работы электродвигателей для более быстрого или более медленного подъема грузов. Чем выше скорость работы двигателя, тем больше затраты, но они будут сбалансированы при использовании частотного преобразователя.

Экономия энергии при снижении скорости вращения

На примере работы обычного циркуляционного насоса, установленного в системе отопления дома, можно понять, как происходит экономия энергии при снижении скорости вращения двигателя.

Например, насос имеет 3 рабочих положения:

1. Первый режим — 35 Вт.
2. Второй режим — 50 Вт.
3. Третий режим — 65 Вт.

Когда насос работает на 3-м режиме, он потребляет максимум энергии. Когда нет необходимости в работе техники на максимальной мощности, частотный преобразователь переключает его на первый режим, что позволяет экономить электроэнергию.

Снижение пусковых токов и нагрузки на сеть

Когда начинается работа электрического двигателя, потребление электроэнергии может резко возрастать. То есть возникает пусковой ток. Если схема работы электродвигателя предусматривает наличие частотного преобразователя, проблему можно нивелировать. При запуске двигателя возникает импульс, который в десятки раз превышает параметры самого прибора. Пусковой ток и параметры работы двигателя не равны. Таким образом, для включения электродвигателя требуется использовать большую силу тока.

Частотный преобразователь — это технологическое оборудование, которое эффективно управляет рабочими режимами электродвигателя. Кроме того, что преобразователь регулирует обороты и крутящий момент, он также позволяет снизить нагрузку на сеть.

Улучшение эффективности работы оборудования

Частотный преобразователь позволяет не только снизить нагрузку на электросеть. В первую очередь, эта техника улучшает работу других приборов, которые работают в паре с частотными преобразователями.

Главная задача — стабилизация напряжения при работе различной техники. С этим частотный преобразователь отлично справляется. В первую очередь, это важно на производстве, где много электродвигателей.

Эффективность работы оборудования достигается благодаря:

1. Снижению пусковых токов.
2. Предотвращению пожара, так как частотный преобразователь гасит сильные перепады напряжения.
3. Увеличению ресурса электродвигателей.

Также частотный преобразователь может использоваться и в быту. Например, с ним работают циркуляционные и глубинные насосы, системы вентиляции, кондиционирования воздуха и другие приборы, в которых критически важно управлять оборотами и скоростью электродвигателей.

Повышение эксплуатационной надежности систем

Любой механизм, работающий на электричестве, имеет свои рабочие характеристики, а также запас мощности и ресурс использования. Существует множество современных систем защиты электроники от скачков напряжения в сети (например, стабилизаторы), автоматических выключателей и т.д.

Когда речь идет об электрическом двигателе и необходимости управления режимами его работы, лучший вариант повышения эксплуатационной надежности системы — это установка частотного преобразователя. Он позволяет выпрямлять сигнал и выполняет функцию двойной автоматизации. Так, выпрямление сигнала важно там, где наблюдается заниженное напряжение выходного тока. Проблема решается приобретением недорогого преобразователя, который имеет простую конструкцию и принцип работы.

Двойная автоматизация с помощью частотного преобразователя срабатывает в случае тока на выходе с повышенной или равной частотой.

Так или иначе, частотный преобразователь, который будет работать в тандеме с электродвигателем и другими видами приборов, позволяет значительно экономить на расходах электроэнергии, дополнительно защищает оборудование от короткого замыкания, перенапряжения и т.д.

Учитывая, что таких приборов на рынке существует множество преобразователей (то же самое касается и генераторного оборудования), бывает очень сложно сделать правильный выбор. Но своевременное обращение к специалисту максимально упростит поставленную задачу: после грамотных расчетов предпочтение будет отдано именно тому прибору, который сможет удовлетворить потребности той или иной системы, учитывая ее проектную сложность.