В схемах управления двигателями переменного тока широко применяются преобразователи частоты и устройства плавного пуска (софт стартеры). Устройства имеют принципиальные отличия и применяются для различных типов электроприводов.
Принцип действия УПП и частотных преобразователей
Принцип действия софт стартеров основан на зависимости момента на валу во время старта и пускового тока от величины питающего напряжения. Устройство плавного пуска обеспечивает старт и постепенный разгон двигателя до номинальной скорости. При этом снижается пусковой ток, ударная нагрузка на механизмы оборудования. Регулировка напряжения достигается изменением проводимости силовых тиристров, путем подачи импульсов различной частоты на управляющие контакты полупроводниковых ключей.
Принцип действия преобразователей частоты основан на зависимости скорости ротора от частоты, подаваемого на обмотки статора напряжения. Изменение частоты выходного напряжения достигается за счет подачи управляющих импульсов различной широты и длительности на инвертор. ПЧ обеспечивают мягкий пуск, остановку, а также регулирование частоты вращения ротора и момента силы на валу двигателя.
Таким образом, устройства плавного пуска и частотники имеют разный принцип действия.
Схемы
УПП или софт стартеры представляют собой управляемый бесстрансформаторный преобразователь напряжения, выполненный на базе тиристорных ключей. Производят 3 типа устройств плавного пуска:
- УПП с регулированием напряжения по 1 фазе. Такие устройства используют для маломощных приводов. Несимметричная нагрузка при запуске, разгоне и торможении вызывает гармонические помехи и нагрев обмоток.
- Софт стартеры с управлением по 2 фазам. УПП применяют для приводов средней мощности с нечастыми коммутациями.
- Устройства плавного пуска с ключами на 3 фазах. Софт стартеры с 3 ключами применяют для приводов с тяжелыми или особо тяжелыми условиями пуска, а также для оборудования с частыми пусками, остановками и реверсами .
УПП состоит:
- Из ключей, обеспечивающих изменение величины напряжения.
- Из схемы управления для задания режима старта, торможения и разгона.
- Из шунтирующих контакторов для снижения потерь на тиристорах при достижении номинальной частоты вращения.
Частотные преобразователи построены на базе схемы двойного преобразования. ПЧ состоят:
- Из выпрямителя для преобразования переменного напряжения сети в постоянное.
- Из фильтра для сглаживания пульсаций.
- Из инвертора для обратного преобразования постоянного напряжения в переменное заданной частоты.
- Из устройства управления.
Таким образом, схемы преобразователя частоты и УПП имеют принципиальные отличия.
Функции преобразователей и устройств плавного пуска
Преобразователи частоты – многофункциональные устройства. Они позволяют:
- Изменять скорость вращения ротора для поддержания заданных технологических параметров. При помощи ПЧ можно реализовать сложные алгоритмы управления.
- Ограничить пусковой ток и обеспечить защиту от аварий и аномальных режимов работы двигателя. Старт на напряжении пониженной частоты позволяет снизить величину тока при пуске. Преобразователи частоты также позволяют отказаться от сложных и громоздких схем релейной защиты.
- Обеспечить точную отработку команд поворотом вала на требуемый угол. ПЧ с микроконтроллерами применяют для претенциозных электроприводов и замены дорогостоящих сервоприводов, применяющихся в робототехнике.
Частотные преобразователи имеют большее количество функций, сфера их применения немного шире, чем у софт стартеров.
Устройства плавного пуска:
- Обеспечивают плавный старт, разгон, торможение, остановку двигателя. Софт стартеры позволяют снизить нагрузку на механизмы высокоинерционного оборудования. УПП также обеспечивают пуск оборудования со значительной нагрузкой на валу привода.
- Снижают значительные пусковые токи. При ограниченной мощности сети, пуск мощных электродвигателей вызывает просадки напряжения, ложные срабатывания защиты, другие нежелательные явления. Установка УПП успешно решает проблемы высоких пусковых токов.
Габариты софт стартеров значительно меньше размеров частотных преобразователей той же мощности. Кроме того, стоимость устройства плавного пуска ниже цены частотного преобразователя аналогичной мощности. УПП также не является источником высших гармоник, после разгона электродвигателя ток протекает в обход полупроводниковых ключей.
Что выбрать, устройство плавного пуска или частотный преобразователь?
Выбор оборудования для управления электроприводом делается исходя из условий эксплуатации, требований технологической установки и экономической целесообразности. УПП выбирают:
- При отсутствии необходимости регулировать угловую скорость ротора. Некоторые софт стартеры могут изменять частоту вращения, однако, такой режим можно включать только при настройке. Сфера применения УПП – приводы с постоянной скоростью.
- В условиях ограниченной мощности. Для ограничения пускового тока при отсутствии других требований, лучше установить софт стартер. Цена такого устройства значительно ниже стоимости ПЧ.
- Для пуска оборудования под высокой нагрузкой. УПП обеспечивает запуск при сниженном моменте. Если главным требованием является снижение ударной нагрузки, лучше приобрести устройство плавного пуска.
Частотные преобразователи выбирают:
- При необходимости регулировать частоту и момент ротора. Диапазон частот ПЧ должен соответствовать интервалу скоростей установки или оборудования.
- Для реализации различных алгоритмов автоматического управления. Частотные преобразователи имеют встроенные ПИ и ПИД-регуляторы. Частотно-регулируемый привод обеспечивает поддержание или изменение технологических параметров по заданной программе.
- При необходимости экономии электроэнергии. Преобразователи частоты позволяют снизить энергопотребление на 50-70%.
И те, и другие устройства защищают двигатели от ненормальных режимов, аварий. Снижение пускового тока, отсутствие рывков, ударных нагрузок снижает износ двигателей, увеличивает срок службы механизмов технологического оборудования. Плавный старт и остановка снижают вероятность гидроударов. Софт стартеры и преобразователи частоты можно интегрировать в системы автоматического управления.
Выбор устройств для электропривода делается при проектировании на основании данных анализа производственных процессов, технических и экономических расчетов. Компания Danfoss выпускает более 20 тысяч модификаций УПП, преобразователей частоты, дополнительных устройств для регулируемого электропривода. В каталог входит оборудования для электроприводов любого назначения, в том числе, высокоточных промышленных установок.
