Знание принципов работы частотно регулируемого привода (ЧРП) может упростить процесс выбора преобразователя частоты. Автор: Пол Эйвери, Yaskawa America Inc. Независимо от того, насколько давно и каким образом, уже обыденные частотные преобразователи пришли в Вашу жизнь, где-то есть тот, кто впервые стукнулся с ЧРП или только рассматривает возможность их применения. Вспомните, когда
вы впервые задумались о применении одного из современных частотных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией для двигателя переменного тока. Скорее всего, у вас, на тот момент, было не совсем верное представление
об их возможностях и назначении. В этой статье мы рассмотрим и постараемся развеять пять распространенных мифов о частотно регулируемом приводе. Рис. 1. Частотный преобразователь Миф № 1: Выходной сигнал частотного преобразователя является синусоидальным Людям, так или иначе связанные с эксплуатацией электродвигателей в, как правило, знакома работа асинхронных двигателей переменного тока с использованием пускателей. При пуске электродвигателя, пускатель замыкает контакты обмоток электродвигателя
с фазами
3-х фазной питающей сети. Напряжение каждой фаза представляет собой синусоидальную волну. Приложенное напряжение создает на клеммах электродвигателя тоже синусоидальной формы с той же частотой (можно убедится проверкой напряжения
на клеммах электродвигателя). Пока вроде всё просто и понятно. А вот что происходит на выходе преобразователя частоты, это совсем другая история. Частотный преобразователь обычно выпрямляет входное трехфазное переменное в постоянное напряжение, которое фильтруется и аккумулируется при помощи больших
конденсаторов звена постоянного тока. Напряжение звена постоянного тока затем инвертируется, для получения переменного напряжения, переменной частоты на выходе. Процесс инверсии осуществляется посредством трех изолированных биполярных транзисторов
(IGBT) с двумя изолированными затворами — по одной паре на выходную фазу (см. Рис 2). Поскольку выпрямленное напряжение инвертируется в переменное, выходное звено называют «инвертором». Включение, выключение, а также
длительность нахождения IGBT-транзисторов в положении ВКЛ или ВЫКЛ может управляться, что и определяет значение частоты выходного напряжения. Отношение выходного среднеквадратического напряжения к выходной частоте определяет магнитный
поток, развиваемый в электродвигателе переменного тока. Когда выходная частота увеличивается, выходное напряжение также должно увеличиваться с той же скоростью, чтобы поддерживать постоянство отношения и, следовательно, постоянную
скорость вращения двигателя. Обычно соотношение между напряжением и частотой поддерживается по линейному закону, что обеспечивает возможность поддержания постоянного крутящего момента. Рис. 2. Схема инвертора с IGBT транзисторами. Результирующий сигнал напряжения, прикладываемый к обмотке двигателя, не является синусоидальным (см. Рис. 3). Обратите внимание, что иногда отношение напряжения по частоте (V / f) может быть отличным от линейного, что характерно
для вентиляторов, насосов или центробежных нагрузок, которые не требуют постоянного крутящего момента, но обеспечивают тем самым возможность экономии электроэнергии. Рис. 3. Форма сигнала ШИМ напряжения на выходе частотного преобразователя Как же отразится пилообразная форма питающего напряжения на работе электродвигателя. Асинхронный двигатель является по своей сути большой катушкой индуктивности. А характерной особенностью индукции является ее устойчивость к изменениям
тока. Увеличивается или уменьшается сита ток, индукция будет выступать против этого изменения. Какое же это имеет отношение к форме сигнала напряжения ШИМ на рисунке 3? Вместо того, чтобы позволить импульсу тока увеличиваться в том же
порядке, что и приложенный импульс напряжения, ток начнет медленно возрастать. Когда импульс напряжения закончился, ток плавно уменьшается, а не исчезает мгновенно. В общих чертах это происходит следующим образом: до момента,
когда ток снизился до нуля, поступает следующий импульс напряжения, и ток начинает плавно увеличиваться. Если последующий импульс становятся шире, ток плавно достигает большего значения, чем раньше. В конце концов, текущий сигнал становится
синусоидальным, хотя и с некоторыми зубчатыми переходами (см. Рис. 4). Рис. 4. Форма сигнала тока на выходе частотного преобразователя Однако не думайте, что вы можете подключить свой соленоид к фазам выходного напряжения ЧРП. Это всё же не совсем переменное напряжение. Миф № 2: все частотные преобразователи одинаковы В общем виде частотно-регулируемый привод сегодня является довольно зрелым продуктом. Большинство коммерчески доступных приводов содержат одни и те же базовые компоненты: мостовой выпрямитель, блок питания, конденсаторный блок постоянного
тока и плата выходного инвертора. Разумеется, существуют различия в алгоритмах управления переключением транзисторов IGBT инвертора, надежности компонентов и эффективности схемы теплового рассеивания. Но основные компоненты остаются
прежними. Есть также исключения. Например, в некоторых ЧРП инвертер имеет три вывода. Такая схема позволяет выходным импульсам варьироваться от половинного до полного импульса сигнала напряжения (см. Рис. 5). Рис. 5. Трехуровневый выходной сигнал напряжения Для достижения трехуровневого выходного сигнала звено инвертора должно иметь в два раза больше выходных переключателей, а также запирающих диодов (см. Рис. 6). Преимущества трехуровневой схемы заключается в уменьшении перенапряжения
на двигателе из-за гармонических волн, снижении синфазных помех, а также снижении паразитных токов на валах и подшипниках. Рис. 6. Схема трехуровневого инвертора Матричный инвертор является еще более нетипичным типом ЧРП. Частотные преобразователи с матричными инверторами не имеют шины постоянного тока или мостового выпрямителя. Вместо этого они используют двунаправленные переключатели, которые могут
подключать любое из входящих фазных напряжений к любой из трех выходных фаз (см. Рис. 7). Преимущество этой схемы заключается в том, что мощность может свободно протекать от сети к двигателю или от двигателя
к сети для рекуперативного привода постоянного тока. Недостатком является то, что на входе необходима установка фильтра, для обеспечения дополнительной индуктивности и фильтрации формы ШИМ, чтобы исключить негативное влияние на питающую
сеть. Рис. 7. Схема матричного ЧРП Кроме частотных преобразователей с трехуровневыми выходами и инверторами матричного типа существуют также и другие типы частотно-регулируемых приводов. Таким образом миф о том, что все частотные преобразователи одинаковые развеян.
Миф № 3: Частотный преобразователь компенсирует коэффициентом мощности. Нередко можно увидеть, что производители частотных преобразователей заявляют значение коэффициента мощности, например, равным 0,98 или почти 1. Действительно коэффициент мощности несколько улучшается после установки ЧРП перед асинхронным двигателем. ЧРП
компенсирует реактивную мощность за счет конденсаторного звена. Однако полностью компенсировать фазовый сдвиг преобразователь частоты не может. Полный коэффициент мощности должен включать реактивную мощность, вызываемую гармониками, создаваемыми в звене постоянного тока. Причиной является работа диодного моста. Важно помнить, что диод работает только тогда, когда напряжение на стороне
анода выше, чем напряжение на стороне катода (прямое смещение). Это означает, что диоды открыты только на пике каждой временной фазы как положительной, так и отрицательной частей синусоидальной волны. Это приводит к волнообразной
форме волны. Это также приводит к искажению входного тока и прерыванию (см. Рис. 8). Рис. 7. Форма сигналов после выпрямителя Чтобы вычислить истинный полный коэффициент мощности (PF), необходимо учесть эффекты гармоник. Следующее уравнение показывает, как гармоники влияют на полный коэффициент мощности: где THD = суммарное гармоническое искажение Для прерывистого сигнала входного тока в уравнении THD будет находиться в районе 100% или более. Подставляя это в уравнение, получаем истинный коэффициент мощности PF ближе к 0,71, по сравнению с заявленным 0,98, который
не учитывает гармоники. Но не всё так плохо. В настоящее время существует множество способов гармонические искажения, создаваемые в звене постоянного тока. Они используют как пассивные, так и активные методы подавления искажений входного сигнала. Так,
например, вышеупомянутый матричный преобразователь частоты является примером активного метода подавления гармонических искажений. Миф № 4: С частотным преобразователем Вы можете эксплуатировать двигатель на любой скорости. Особенность применения частотных преобразователей заключается, что они могут изменять как напряжение, так и частоту выходного сигнала. Благодаря возможности обеспечения требуемой скорости вращения электродвигателя ЧРП нашли широкое применение во всех
сферах экономики и всех отраслях промышленности ЧРП может легко выдавать сигнал любой частоту в пределах предусмотренного изготовителем диапазона регулирования. Однако необходимо учитывать, что частотный преобразователь работает в составе
электродвигателя в реальных условиях. Технологические требования, такие как необходимый крутящий момент, охлаждение, требуемая мощность так или иначе ограничивают фактический диапазон регулирования преобразователя частоты. Ограничение № 1. С точки зрения охлаждения электродвигателя, низкая скорость вращения — это не очень хорошая идея. В частности, полностью закрытые вентиляторные (TEFC) двигатели имеют охлаждаются только
за счет внутреннего вентилятора, который вращается вместе с валом двигателя. Чем медленнее скорость вращения двигатель, тем меньше поток воздуха и тем хуже охлаждение. Закрытые двигатели обычно не рекомендуются эксплуатировать
с частотой ниже 15 Гц (диапазон скоростей 4:1). Ограничение № 2: Электродвигатели имеют определенные ограничения диапазона скоростей, связанные с механическими и динамическими ограничениями нагрузок вращающихся частей. Обычно эта скорость называется максимальной
безопасной частотой вращения. Данная характеристика не всегда указывается на шильдике мотора. Ограничение № 3: При достижении максимальной частоты вращения крутящий момент двигателя может снижаться. Это ограничение скорости связано с ограничением мощности, которое включает в себя скорость вращения и крутящий
момент. Если быть еще точнее, что будет снижаться напряжения ЧРП. Обратите внимание, что вращение двигателя также генерирует собственное напряжение, называемое обратной электродвижущей силой (ЭДС), которое увеличивается со скоростью. Обратная
ЭДС создается двигателем, чтобы противостоять приложенному напряжению от ПЧ. На более высоких скоростях ПЧ должен подавать еще большее напряжения, чтобы преодолеть обратную ЭДС, и ток мог протекать по обмоткам двигателя, создавая
крутящий момент. После определенного максимального значения преобразователь частоты не может преодолеть обратную ЭДС электродвигателя, и, следовательно, крутящий момент двигателя уменьшается, что, в свою очередь, снижает скорость. Снижение
скорости опять приводит к более низкой обратной ЭДС, которая, в свою очередь, позволяет протекать току в двигатель снова. Существует точка равновесия, в которой двигатель достигает максимальной скорости при максимальном крутящем
моменте. Как упоминалось выше ЧРП может создавать крутящий момент на двигателе, сохраняя постоянство отношения V/f (см. Рис. 9). Рис. 9. График зависимости напряжения от частоты. Когда частота выходного сигнала увеличивается, напряжение увеличивается линейно. Проблема возникает, когда частота превышает номинальную частоту двигателя. Помимо номинальной частоты, не может увеличиваться выходное напряжение, что соответственно
приводит к уменьшению отношения V / f. Отношение V / f является мерой напряженности магнитного поля в двигателе и влияет на его крутящий момент. Следовательно, способность мотора создавать номинальный крутящий момент
при частоте выше номинальной должна уменьшаться со скоростью 1 / частота, при этом произведение крутящего момента и частоты, равное мощности, является постоянным. Область работы над номинальной частотой называется постоянным диапазоном
мощности, а работа на скоростях ниже номинальной — диапазоном постоянного крутящего момента (см. Рис. 10). Рис. 10. Графики зависимости мощности и крутящего момента электродвигателя от частоты. Миф № 5: Входной ток преобразователя частоты выше выходного тока Возможно, это не миф, а недоразумение. Некоторые пользователи ПЧ измеряют значение выходного и входного тока с помощью измерительного инструмента или с помощью мониторов ПЧ и обнаруживают, что входной ток намного
ниже выходного. Это похоже не согласуется с идеей о том, что частотный преобразователь должен иметь некоторые потери и поэтому вход всегда должен быть немного выше, чем выход. Концепция правильная, но она учитывает мощность,
а не ток, который следует учитывать: Входное напряжение всегда находится под напряжением переменного тока. Выходное напряжение изменяется со скоростью по образцу V / f. На самом деле компоненты уравнения немного сложнее. Но ключом к пониманию данного процесса
является знание того, что асинхронный двигатель имеет два токовых компонента: один отвечает за создание магнитного поля в двигателе, которое необходимо для вращения двигателя; а второй — ток, создающий крутящий момент, который,
как следует из названия, отвечает за создание крутящего момента. Привод потребляет входной ток, пропорциональный активному крутящему моменту двигателя. Ток, необходимый для создания магнитного поля, обычно не изменяется со скоростью и обеспечивается основными конденсаторами звена постоянного тока, которые
заряжаются при включении питания ПЧ. При малых значения крутящего момента выходной ток может быть намного выше, чем входной, поскольку входной ток отражает только составляющую, создающую крутящий момент плюс некоторые гармоники, но не включает
ток намагничивания. Ток намагничивания циркулирует между конденсаторами шины постоянного тока и двигателем. Даже при полной нагрузке входной ток обычно будет ниже, чем ток двигателя, поскольку на входе по-прежнему нет составляющей тока намагничивания. Помните, что в уравнении мы сравниваем входную и выходную мощности. Например, рассмотрим полностью нагруженный двигатель, вращающийся на низких оборотах. Входное напряжение номинальное, а выходное напряжение будет низким из-за
низкой скорости вращения. Выходной ток в данном случае будет высокий из-за полной нагрузки на двигатель. А чтобы сбалансировать уравнение мощности, входной ток должен быть ниже выходного тока. Узнать подробную информацию о частотных преобразователях, ознакомиться с производственной линейкой YASKAWA Вы можете у нашего партнера — ООО «КоСПа» Или в соответствующем разделе преобразователя YASKAWA Оригинал статьи: https://www.yaskawa.com/about-us/media-center/industry-articles-display?articleId=2167778 27.07.2017 www.chastotnik.pro Многие из нас знают преимущества компенсации реактивной мощности (разгружаем трансформатор, производственную сеть, коммутирующую аппаратуру и платим меньше за электроэнергию), и, в меру своих возможностей устанавливаем те или иные станции компенсации реактивной мощности (КРМ). Однако, может оказаться, что скомпенсировав реактивную мощность по низкой стороне Вам все равно приходится платить за РМ, хотя и значительно меньше. В недоумении Вы обращаетесь к поставщику оборудования, к энергоснабжающим организациям, пытаясь разобраться в сложившейся ситуации. В результате Вы вспоминаете или Вам рассказывают, что не загруженный трансформатор имеет низкий косинус фи, и если коммерческий учет электроэнергии ведется по высокой стороне, то именно за низкий косинус не загруженного трансформатора Вам приходится переплачивать, несмотря на то, что на низкой стороне выполнены все мероприятия по КРМ. Что же делать в сложившейся ситуации? Самый лучший, но, к большому сожалению, трудно выполнимый вариант – это перевести учет потребления электроэнергии на низкую сторону. Если такой вариант не проходит, то Вам придется компенсировать низкий косинус трансформатора по высокой стороне, а это дорого, но в большинстве случаев выбора не остается. Если оба варианта для Вас невыполнимы, а на предприятии имеется несколько трансформаторных вводов, то подключите все оборудование к одному вводу, максимально загрузив трансформатор, если это возможно. Можно подключить компенсирующие конденсаторы непосредственно к выходным клеммам силового трансформатора перед станцией КРМ. Эти конденсаторы будут компенсировать только реактивную мощность трансформатора, однако такое техническое решение даст удовлетворительный результат только в случае постоянной (не изменяющейся) нагрузки трансформатора, что бывает очень редко. Если у Вас именно такой случай, то при выборе и подключении компенсирующих конденсаторов нужно быть очень внимательным, и вот почему. На частном предприятии было остановлено производство, и силовой трансформатор, мощностью 400 кВА, использовался только для дежурного освещения и для работы котельной. Так как коммерческий учет потребления электроэнергии велся по высокой стороне, то к выходным зажимам трансформатора был подключен конденсатор 20 кВАр, который полностью компенсировал реактивную мощность трансформатора, однако получилась небольшая перекомпенсация (200 кВАр за месяц), за которую пришлось заплатить. Для исключения генерации реактивной энергии в сеть конденсатор 20 кВАр был заменен на 10 кВар, а через месяц пришел счет на 18000 кВАр перекомпенсации. Вот Вам и скомпенсировали, а все произошло из-за возникшего резонанса в контуре, состоящего из индуктивности трансформатора и емкости компенсирующего конденсатора. Если компенсация РМ трансформатора «в лоб» не получилась, то можно исправить ситуацию, установив датчик тока по высокой стороне, а компенсатор по низкой. При таком техническом решении у Вас появляется возможность полной КРМ, в том числе и трансформатора. Разобравшись со всеми нюансами, и скомпенсировав реактивную мощность, Вы продолжаете искать пути экономии электроэнергии. Одним из таких путей является внедрение энергосберегающих технологий на базе преобразователей частоты. Очень многие внедряют частотно-регулируемый электропривод на насосных станциях, вентиляционных, компрессорных, холодильных, вакуумных и т.д. установках и при этом экономят 25 – 40% электроэнергии. К хорошему привыкают очень быстро и установленная мощность преобразовательной техники на Вашем предприятии с каждым годом увеличивается, и наступает такой момент, когда начинают греться конденсаторы компенсаторов реактивной мощности. Вы опять обращаетесь к поставщику станций КРМ, надеясь на то, что это просто некачественные конденсаторы. Однако конденсаторы окажутся хорошими, и Вы интуитивно почувствуете, что в Вашей сети завелись «черти», и Вы опять начинаете искать выход из создавшейся ситуации. Одни посоветуют переделать станции КРМ, установив последовательно с конденсаторами подавляющие дроссели, другие предложат Вам отказаться от компенсации по низкой стороне и перейти на высокую, однако такие предложения не принесут ожидаемого результата, ведь они не устраняют причину возникновения этих неприятностей. Информация к размышлению, любая выпрямительно-емкостная нагрузка (современные сварочные аппараты, преобразователи частоты, источники бесперебойного питания, промышленные и бытовые компьютеры и т.д.) генерируют в питающую сеть высшие гармоники. Механизм возникновения высших гармоник мы рассматривать не будем, а обращаем Ваше внимание на то, что их нужно подавлять в месте их возникновения. Способов подавления не так уж и много, это установка входных силовых дросселей, пассивных входных фильтров гармоник и активных фильтров. Входные силовые дроссели, установленные в звене постоянного тока преобразователя частоты или на его входе улучшают форму входного тока и уменьшают уровень высших гармоник, генерирующим ПЧ в сеть. Однако входные силовые дроссели эффективны в том случае, когда установленная мощность преобразовательной техники составляет не более 20% от мощности трансформаторного ввода, если больше, то придется использовать входные фильтры гармоник или активные фильтры. Входные пассивный фильтр гармоник, это полосовые LC-фильтры, параметры которых, как правило, рассчитаны на 5 и 7 гармоники. Это хорошее техническое решение, позволяющее получить коэффициент нелинейных искажений входного тока преобразователя частоты не более 10% или 5% в зависимости от модификации LC-фильтра. Особого внимания заслуживают активные фильтры, которые в последнее время все чаще используются на предприятиях с большим количеством преобразовательной техники. Они могут программироваться на выборочное подавление любой гармоники до 25 включительно, или на какую-то полосу частот, при этом могут корректировать коэффициент мощности, а если проще, то компенсировать реактивную мощность. Хочется обратить Ваше внимание на то, что практически никто не борется с высшими гармониками, которые приносят много неприятностей, пока «жаренный петух» не клюнет в одно место. Например, на одном из водоканалов все системы водоснабжения и водоотвода были автоматизированы с помощью частотно-регулируемого электропривода на базе статических преобразователей частоты. Потребители были довольны высоким качеством водоснабжения, а водоканал — приличной экономией электроэнергии, пока не внедрили автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии – АСКУЭ (АСКОЕ), которая на станции первого подъема начала показывать генерацию реактивной мощности в питающую сеть. Начались «разборки» с привлечением технических специалистов облэнерго, ведь на насосной станции нет ни одного компенсирующего конденсатора, откуда же генерация РМ в сеть? В результате проверки облэнерго установило, что генерация РМ в сеть отсутствует, и рекомендовала заменить коммерческий счетчик электроэнергии. Гарантийная замена счетчика ничего не изменила, и водоканал попросил нас «разрулить» сложившуюся ситуацию. Наши измерения качества электрической энергии в точках подключения к сети электроснабжения с помощью сертифицированного в Украине и аттестованного «Укрметртестстандартом» прибором, так же не показали генерацию РМ в сеть. Однако хотим обратить Ваше внимание на осциллограмму тока, потребляемую насосной станцией с питающей сети. Так как форма тока не синусоидальна, то возникают высшие гармоники, которые изображены на второй осциллограмме, среди которых в «полный рост» видны пятая и седьмая гармоники. Ну и что? - спросите Вы. Да вообще-то и ничего, но теоретические и практические исследования говорят о том, что наличие высших гармонических составляющих напряжения и тока увеличивают погрешность измерения счетчиков электроэнергии до ± 13% - вот Вам и ответ, почему счетчик показывает генерацию реактивной мощности в сеть. А что же делать? - выполнять рекомендации, приведенные в первом абзаце этого раздела. Коль речь зашла о погрешностях измерения, то для их нейтрализации на станциях компенсации реактивной мощности используются регуляторы, которые не измеряют ни напряжение, ни ток, ни косинус фи, а считывают и анализируют показатели коммерческого счетчика электроэнергии и подключают компенсирующие конденсаторы таким образом, что бы не было ни потребления, ни генерации РМ. А теперь рекламная пауза: Ей, хлопці! Не візьмемо і не віддамо ні одного кВАрааа!!! tsdservice.com.ua Настоящим прорывом в области регулируемого электропривода стало появление силовых преобразователей частоты или как их именуют в профильной среде — частотников. Это открытие кардинально изменило подход в проектировании систем электроприводов. Если относительно недавно при проектировании сложных механизмов, где без точного регулирование параметров (скорость, момент) не обойтись, выбирались двигатели постоянного тока — ДПТ, то с появлением частотников привода переменного тока начали активно вытеснять двигатели постоянного тока из данных систем. Даже в тяговых электроприводах асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором вытесняет ДПТ последовательного возбуждения. Содержание: Техническое устройство, преобразующее переменное напряжения одной частоты на входе, в изменяющееся по определенному закону переменное напряжение, но уже другой частотой на выходе называется преобразователем частоты (ПЧ). Бывают двух типов: Непосредственные – это реверсивный тиристорный преобразователь. Главное его достоинство в том, что он подключается напрямую в сеть без дополнительных устройств. Двухзвенные – представляют собой транзисторный или тиристорный преобразователь. Но главное их отличие от непосредственных преобразователей в том, что для корректной и безопасной работы инвертора необходимо звено постоянного напряжения. Соответственно для подключения их к общепромышленным сетям необходим выпрямитель. Как правило изготавливаются комплектными (инвертор и выпрямитель поставляются вместе и работают от одной системы управления). Двухзвенный или как его еще называют со звеном постоянного тока, созданный на базе АИН (автономный инвертор напряжения), содержит в комплекте выпрямитель и фильтр: ЭМ – электрическая машина, АИН – автономный инвертор напряжения, Lф, Сф – индуктивности и емкости фильтра, fнз – задание частоты выхода инвертора, udз – задание выходного напряжения для выпрямителя, если используются управляемые выпрямители, СУВ, СУИ – системы управления выпрямителем и инвертором соответственно, uнз – задание выходного напряжения инвертора, В – выпрямитель. Пунктиром показаны связи, которые включаются в систему в зависимости от типа устройства. Для улучшения качества энергии в звене постоянного напряжения и сглаживании пульсаций напряжения и тока используют L-C фильтр. Зачастую он имеют Г – образную схему включения, как показано выше. Также иногда используют фазовый сдвиг в цепи переменного напряжения путем включения обмоток трансформатора в треугольник и звезду: Данная схема более дорогостоящая и может применяться только при использовании индивидуального трансформатора. В данной системе выпрямитель может быть управляем или не управляем. Если он управляем, то функция регулирования напряжения ложится на него, если нет, то на АИН. Для рекуперации энергии в сеть выпрямитель должен быть полностью управляем и реверсивен (двухкомплектный). Управление частотным преобразователем производится импульсным методом. Самые распространенные методы это ШИР (широтно-импульсное регулирование) и ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Еще более широкое применение получили автономные инверторы тока (АИТ): АИТ – автономный инвертор тока, СУИ, СУВ – системы управления преобразователями, УВ – управляемый выпрямитель, Lф – индуктивность фильтра, fнз – задание частоты выходного тока, іdз – задание выходного тока в звене постоянного тока. В отличии от АИН, где регулируемой выходной величиной является напряжение, в АИТ регулируемой величиной является ток. Немаловажную роль в формировании выходного сигнала заданной частоты является частота коммутации транзисторов или тиристоров. Чем выше частота коммутации, тем лучше качество синусоиды на выходе частотника, но возрастают потери в преобразователе. Ниже приведен результат моделирования работы АИТ (на IGBT транзисторах) на активно-индуктивную нагрузку при различных частотах коммутации: Частота коммутации 8000 Гц Как видно из графиков уменьшение частоты коммутации очень плохо влияет на выходное качество тока. Поэтому для каждого устройства необходимо подбирать частоту коммутации частотника соответственно качеству выходного напряжения или тока. Для оптимизации данных процессов на выходе преобразователя частоты иногда ставят L-C фильтр, для сглаживания пульсаций токов и напряжений: Как видим из схемы — последовательно подключают индуктивность, для сглаживания пульсаций тока, и параллельно емкость, для сглаживания пульсаций напряжения. Также работа частотника генерирует высшие гармоники в питающей сети: Для уменьшения влияния высших гармоник на сеть используют фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) Ниже показаны принципиальные схемы преобразователей частоты. Тиристоры VS1-VS6 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. При увеличении напряжения на емкости Сф выше заданного, транзистор VT7 открывается и вводится в работу тормозной резистор Rб, на котором рассеивается энергия переданная от электрической машины. При глубоком регулировании VD0 повышает коэффициент мощности выпрямителя. Данный ПЧ не может рекуперировать энергию в сеть, а также насыщает выходное напряжение высшими гармониками и усложняет систему управления из-за необходимости управления УВ. При исполнении УВ двухкомплектным, рекуперирует энергию в сеть, но усложняет систему и делает ее более дорогостоящей. В настоящее время является устаревшим. Диоды VD7-VD12 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. За счет использования ШИМ происходит регулирование амплитуды выходного напряжения и его частоты. При использовании неуправляемого выпрямителя для торможения двигателя АИН переводится в режим управляемого выпрямителя, работающего таким образом, что напряжение на емкости Сф выше заданного, несмотря на уменьшение скорости вращения двигателя. При увеличении напряжения на емкости Сф открывается транзистор VT7 и энергия выделяемая электродвигателем гасится на тормозном резисторе. Данный способ торможения получил названия инверторного торможения, хотя инвертирования на самом деле нет. Это связано с тем, что термин динамическое торможение для систем с асинхронным двигателем занят, под ним понимается пропускания постоянного тока через обмотки двигателя. Главным недостатком такой системы есть отсутствие возможности рекуперировать энергию в сеть, но она получила широкое применение для систем, где не требуется частое торможение. ОПН – обратимый преобразователь напряжения. В данной схеме имеется два ОПН. ОПН1 работает в выпрямительном режиме и передает энергию через ОПН2, работающий в инверторном режиме, к двигателю. При торможении ОПН2, подключенный к двигателю переходит в выпрямительный режим, а ОПН1, подключенный к сети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии в сеть. Если задать схеме управления на входе cosφ = ± 1, то во всех режимах при регулировании и торможении двигателя из сети будет потребляться или в сеть будет отдаваться практически только активная мощность, а ток будет практически синусоидален, что определяет минимальное вредное влияние на питающую сеть. Эти преобразователи на сегодняшний день являются самыми близким к идеальным. В схеме имеются следующие элементы: ОПН1, подключенный к сети, ОПН2, подключенный к двигателю, датчики тока и напряжения ДТ1 и ДН1 на стороне сети и ДТ2 и ДН2 на стороне постоянного напряжения. Требуемая мощность на стороне постоянного напряжения определяется измерением средних значений Ud и Id, а затем и мощности Pd с помощью вычислителя ВМ, куда поступают сигналы с ДН2 и ДТ2 через фильтр Ф. По действующему значению напряжения сети U1, определенному с помощью вычислителя напряжения ВН, и с учетом заданного угла φ1 определяется ток I1зад, обеспечивающий заданную мощность. Блок ФСН формирует синусоидальное напряжение, повторяющее напряжение сети, а блок «φ1» формирует заданную синусоиду с учетом фазового сдвига φ1. В блоке «ЗАД i1» формируется заданная синусоида тока. В модуляторе М она сравнивается с сигналом датчика тока ДТ1 i1, и формируются управляющие импульсы, которые через усилитель мощности УМ поступают на транзисторы. Блок НТ определяет направление тока (выпрямительный или инверторный режим). Блок выбора режима ВР в соответствии с сигналом от НТ задает угол φ1. Преимущества двухзвенного рекуперирующего ПЧ: независимость выходной частоты от входной, возможность получения высокого коэффициента мощности на стороне сети. К недостаткам можно отнести: высокая стоимость, сложность системы управления. Автономный инвертор тока, преобразовывает постоянный ток, подаваемый на его вход, в пропорциональный по величине переменный ток. Режим источника тока на входе обеспечивается за счет большой индуктивности L и применения токостабилизирующей обратной связи, поддерживающей заданное значение тока Idз. АИТ выполнен по схеме с отсекающими диодами. Рекуперация энергии при торможении в АИТ возможна при сохранении направления тока за счет сдвига токов и напряжений, т.е. переводом АИТ в режим выпрямления за счет сдвига управляющих импульсов относительно фазных ЭДС электрической машины. Энергия, передаваемая от электрической машины на сторону постоянного напряжения, должна быть далее передана в сеть переменного напряжения. Для этого управляемый выпрямитель на входе ПЧ должен быть переведен в инверторный режим. При этом сохраняется направление тока и не требуется установка дополнительного комплекта вентилей. Схема применяется в двигателях достаточно большой мощности. Недостатками схемы являются ее не очень хорошие характеристики, поэтому она не является перспективной. Появление запираемых тиристоров позволило улучшить характеристики ДПЧ на основе АИТ. Формирование выходного тока осуществляется совместно управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока. Показана временная диаграмма, отражающая моменты включенного и выключенного состояний тиристора V1. На участке соответствующим зоне 2, ключ V1 включен постоянно, и ток сглаживающего дросселя непрерывно поступает в фазу А двигателя. Для формирования тока в зонах 1 и 3 необходимо соответствующим образом переключать тиристоры. Для обеспечения нарастания и спадания тока (зоны 1 и 3) обычно используется два метода – трапецеидальный и метод выборочного исключения гармоник. При использовании первого метода моменты коммутации ключей АИТ определяются по пересечению линейно нарастающего сигнала и опорного сигнала пилообразной формы следующего с несущей частотой, при втором методе моменты коммутации ключей рассчитываются заранее исходя из условия подавления высших гармоник определенного порядка (5 и 7 и т.д.). В этой схеме улучшается синусоидальность тока, протекающего по фазам двигателя. Но сохраняются все недостатки, возникающие при питании от сети управляемых выпрямителей напряжения. Преобразователи частоты на основе инверторов тока наиболее применимы в электроприводе синхронных машин, где на выходе вместо автономного инвертора тока включается инвертор тока, ведомый электрической машиной. Таким образом, на входе и на выходе ПЧ включаются однокомплектные рекуперирующие преобразователи (ОРП) на тиристорах. При этом ведомый инвертор полностью аналогичен выпрямителю, подключенному к сети. Коммутация вентилей ведомого инвертора осуществляется за счет ЭДС электрической машины.При низкой скорости вращения электрической машины эта ЭДС недостаточна для коммутации вентилей. Поэтому при пуске коммутация осуществляется путем прерывания тока в цепи постоянного тока включением и запиранием выпрямителя. При использовании НПЧ напряжение из сети подается через управляемые вентили на двигатель. В каждой фазе НПЧ установлен реверсивный двухкомплектный преобразователь с совместным или раздельным управлением силовыми комплектами. На рис. 1а приведена схема трехфазно-однофазного НПЧ на основе трехфазных нулевых схем. Он преобразует трехфазное напряжение в однофазное, но с регулируемой частотой.Комплекты В и Н переключаются, и на выходе получается двуполярное напряжение. Для управления преобразователями используют определенные законы управления — прямоугольный и синусоидальный. Если используют прямоугольный принцип управления, то алгоритм работы будет таков: при прохождении одной полуволны напряжения, на один из комплектов подаются управляющие импульсы с углом управления (углом задержки) a = const. Этот комплект будет работать в режиме выпрямителя, а затем с углом управления (углом опережения) b = a. Чтоб снизить ток необходимо перейти в инверторный режим (рис. 1 б). Для избежания короткого замыкания в самом инверторе необходимо чтоб ток снизился до нуля – это называется бестоковой паузой. После осуществления бестоковой паузы в работу включается второй комплект. Если используют синусоидальное управление, то гладкая составляющая выходного напряжения должна изменятся по синусоидальному закону, для этого угол управления a непрерывно меняется (рис. 1 в). Схема трехфазно-трехфазного НПЧ, выполненного на основе трехфазных мостовых схем. Ниже приведена схема. Данный тип преобразователей не получил широкого применения из-за ряда недостатков при его применении. А это: невозможность полного регулирования выходной частоты (при использовании трехфазных мостовых схем диапазон регулирования 25-45 Гц, а при нулевых 15-45 Гц). Постоянная коммутация вентилей, что приводит к ухудшению коэффициента мощности, а также плохое качество выходного напряжения и большое влияние на питающую сеть. Преимуществом можно признать то, что у таких преобразователей более высокий КПД, из-за однократного преобразования энергии. Наиболее распространены преобразователи частоты на базе АИТ и АИН на IGBT транзисторах, в силу лучших показателей качества энергии на выходе преобразователя и их влияния на сеть. elenergi.ru Электроэнергия поступает к потребителям в форме активной и реактивной мощности. Активная электрическая мощность расходуется на выполнение полезной работы, в то время как реактивная используется на создание электромагнитного поля. Помимо этого реактивная составляющая мощности нагружает собой электрические линии, что вызывает необходимость увеличения сечения силовых кабелей и проводов, а это влияет на затраты предприятия по организации нормального электроснабжения. Основными потребителями реактивной энергии являются следующие электроустановки: Для снижения значения и компенсации реактивной мощности на действующих электроустановках необходимо проводить: Широкое применение конденсаторных установок в системах компенсации реактивной мощности обусловлено: Помимо вышесказанного конденсаторные установки сглаживают высшие гармоники в сети, что препятствует искажению синусоидальной формы кривой напряжения. В отличие от синхронных компенсаторов, которые могут быть, как производителями, так и потребителями, конденсаторные батареи призваны исключительно компенсировать данный вид энергии. Синхронные электрические машины являются довольно популярным способом компенсации реактивной мощности. Синхронные двигатели повышают коэффициент соs j и тем самым снижают стоимость электроэнергии для потребителей. Такой двигатель является генератором реактивной энергии, даже когда он работает в режиме холостого хода. Основными отличиями синхронного двигателя и компенсатора реактивной мощности является облегченный ротор и вал, а также уменьшенный воздушный зазор между ними. Однако главным недостатком синхронных компенсаторов является необходимость в источнике питания, по причине чего удельная потеря активной мощности при использовании данного метода значительно выше, чем у косинусных конденсаторных установок. В связи со сложившейся тенденцией к увеличению стоимости реактивной электроэнергии большинство предприятий внедряют на своих энергохозяйствах системы компенсации данного показателя. Это позволяет не только экономить финансовые средства, но и передавать по одним и тем же линиям большее количество активной электрической энергии. chastotnik.com.ua Электроприборы, подключенные к генератору, потребляют активную и реактивную мощность, которые в сумме образуют общую мощность. Каждый генератор имеет свой коэффициент мощности, демонстрирующий количество активной мощности от полной. При выборе ДГУ для собственных нужд важно обратить внимание на этот параметр, убедившись в том, что оборудование справится с возложенными на него задачами. Оптимальным коэффициентом мощности можно считать показатель 0.8. Это значит, что электроприборы получают 80% активной мощности от 100% общей мощности, вырабатываемой генератором. Чрезмерное большое количество реактивной мощности ухудшает работу всей электросети. Так, генератор потребляет слишком много топлива, быстро изнашивается и в электросети требуется задействовать провода с увеличенным сечением. Закажите дизельный генератор в ООО «Энергетическая компания «Прометей» оформив заявку онлайн или позвонив по контактному телефону: +7(812) 748-27-22 Для снижения реактивной мощности используется компенсация. Она может быть нескольких видов: Главное преимущество компенсации реактивной мощности в том, что таким образом удается значительно сократить расходы топлива. Также это позволяет снизить нагрузку на оборудование. Способ компенсации мощности в электросети следует подбирать грамотно. В некоторых случаях может потребоваться комплексное решение, включающее улучшение тока при помощи фильтров гармоник. Особенно важная компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях. Она необходима для эффективного использования существующего электроснабжения. www.ekprometey.ruЧто такое реактивная мощность генератора? Реактивная мощность частотник
Правда о пяти мифах частотно регулируемого привода.
Проблемы компенсации реактивной мощности
ПРОБЛЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ИЗ-ЗА ВЫСШИХ ГАРМОНИК
Преобразователи частоты. Различие между ними.
Классификация преобразователей частоты
Двухзвенные преобразователи частоты
Частота коммутации 800 Гц
Частота коммутации 2000 Гц 
Ток двух фаз питающего напряженияАвтономный инвертор напряжения с управляемым выпрямителем
Автономный инвертор напряжения с неуправляемым выпрямителем
Рекуперирующий двухзвенный преобразователь частоты на основе обратимого преобразователя напряжения
Ниже приведена функциональная схема данного устройства:
Рекуперирующие двухзвенный преобразователь частоты на основе инверторов тока
Непосредственные преобразователи частоты
Рисунок 1. 
Компенсация реактивной мощности - Статьи
По экспертной оценке специалистов, приблизительно 60% всей потребляемой в мире реактивной электрической энергии расходуется на работу асинхронных электродвигателей, а около 25% потребляют трансформаторы.
Данные мероприятия позволяют снизить потребление реактивной мощности в общей сумме на более чем на 10%. В связи с этим основная роль в процессе уменьшения потребления возлагается на компенсирующие устройства. К ним относят: синхронные электродвигатели, конденсаторные установки, компенсационные преобразователи. На сегодняшний день преимущественно используются синхронные электрические машины и косинусные конденсаторы. Активная и реактивная мощность генератора
Потребители, приобретая ДГУ, зачастую не задумываются о многих технических характеристиках оборудования. Касается это и такого понятия, как коэффициент мощности генератора. Параметр является важным, поскольку самым серьезным образом влияет на подачу электроэнергии.Что представляет собой мощность генератора?
Что такое компенсация реактивной мощности?
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: