Преобразователи частоты и Стабилизаторы напряжения

Преобразователи частоты

Внешне небольшая коробочка, которая стоит немалых средств. Почему же частотный привод с каждым днем завоевывает новых потребителей?

Около 70% вырабатываемой электроэнергии потребляют электродвигатели переменного тока. Большое распространение электродвигателей переменного тока для привода механизмов различных систем обусловлено простотой, надежностью и относительно небольшой стоимостью этих машин.

Диапазон применения регуляторов частоты вращения (преобразователей частоты) очень широк. По сути, они необходимы везде, где в зависимости от каких-либо условий требуется изменение скорости вращения двигателя. По такому принципу работают машины и механизмы в различных областях промышленности.

Технотон Энерго предлагает:

• Частотные преобразователи EATON/Moeller;
• Частотные преобразователи LS Industrial Systems (LG);
• Частотные преобразователи KEBO;
• Частотные преобразователи Schneider Electric.

 

Причины внедрения частотных преобразователей

С переходом на рыночную экономику вопросы энерго и ресурсосбережения во всех сферах промышленности и коммунального хозяйства приобрели особую важность. В наше время практически всю механическую энергию для работы машин и механизмов получают за счет электрической энергии, используя для этого электроприводы. Именно они потребляют более 65% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Рост тарифов вынуждает искать пути сокращения расходов на электроэнергию. Ведь уже сейчас стоимость электричества, потребляемого ежегодно одним средним электродвигателем, почти в 5 раз превосходит его собственную стоимость. Устранение нерационального расхода средств всё чаще решается сегодня с помощью высоких технологий. Одно из главных направлений здесь занимает внедрение в различные отрасли промышленности и коммунальное хозяйство регулируемых электроприводов на основе частотного преобразователя или инвертера.

Что представляет собой частотно-регулируемый электропривод

Частотно-регулируемый электропривод, в общих чертах состоит из трехфазного электродвигателя переменного тока и инвертера, который обеспечивает, как минимум, плавный пуск электродвигателя, его остановку, изменение скорости и направления вращения. Возможность подобного регулирования улучшает динамику работы электродвигателя и, тем самым, повышает надежность и долговечность работы технологического оборудования. Более того, инвертер позволяет внедрить автоматизацию практически любого технологического процесса. При этом создается система с обратной связью, где инвертер автоматически изменяет скорость вращения электродвигателя таким образом, чтобы поддерживать на заданном уровне различные параметры системы, например, давление, расход, температура, уровень жидкости и т.п. За счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки, потребление электроэнергии в насосных, вентиляторных, компрессорных и др. агрегатах снижается на 40-50%, а пусковые токи, составляющие 600-700% от номинального тока и являющиеся бичом для пуско-регулирующей аппаратуры, исчезают совсем. Таким образом, применение регулируемых электроприводов на основе частотных преобразователей позволяет создать новую технологию энергосбережения, в которой не только экономится электрическая энергия, но и увеличивается срок службы электродвигателей и технологического оборудования в целом.

Что такое частотный преобразователь?

Частотный преобразователь, или по международной терминологии – инвертер, представляет собой электронное статическое устройство, предназначенное для управления асинхронного или синхронного электродвигателя переменного тока. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменной амплитудой и частотой. Само название «частотный преобразователь» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя. Т.о. инвертер преобразует напряжение питающей сети 220В/380В частотой 50Гц в выходное импульсное напряжение, которое формирует в обмотках двигателя синусоидальный ток частотой от 0 до 400 Гц и выше.

Два способа регулирования скорости вращения двигателя с помощью инвертера

Увеличивая частоту и амплитуду напряжения подаваемого с инвертера на обмотки асинхронного электродвигателя можно обеспечить плавное регулирование скорости вращения вала электродвигателя. Изменение частоты питающего двигатель напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения. Такой, достаточно простой способ регулирования скорости называют скалярным. В существующих преобразователях при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. Т.е. при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется т.о., что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочной способностью двигателя. При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициенты мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не меняются. Скалярный метод управления целесообразно реализовывать при невысоких требованиях к диапазону регулирования частоты вращения двигателя и стабильности поддержания заданных параметров. Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей. Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения до 1:40.

Для быстродействующих приводов может потребоваться векторное управление. Оно позволяет существенно увеличить диапазон управления и точность регулирования, однако существенно дороже скалярного. Векторное управление обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя. Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, т.е. вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление». Оно обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процента. Доля таких приводов постепенно растёт и на сегодняшний день составляет около 5% от общего числа.

Частотные преобразователи обеспечивают:

Способы управления частотным преобразователем

Управление преобразователем частоты можно осуществлять со встроенной или выносной панели управления, либо с помощью внешних сигналов. Во втором случае скорость вращения задается аналоговым сигналом 0-10 В или 4-20 мA, а команды пуска, останова и изменения режимов вращения подаются дискретными сигналами.

Правило подбора частотного преобразователя

Как правило, мощность частотного преобразователя подбирается равной мощности электродвигателя. Это правило распространяется на электродвигатели с номинальным количеством оборотов 1500 и 3000 оборотов в минуту. При использовании других электродвигателей или в некоторых особых случаях применения выбор частотного преобразователя (инвертера) должен соответствовать следующему условию: номинальный выходной ток частотного преобразователя должен быть не меньше, а лучше — чуть больше, номинального тока электродвигателя.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

На базе частотных преобразователей могут быть реализованы системы регулирования скорости следующих объектов:

 

Экономический эффект применения частотных преобразователей:

Стабилизаторы напряжения

предназначены для защиты от нестабильного напряжения питания, как одиночных пользователей, так и целых промышленных объектов. Ведь, не секрет, что отклонение напряжения от установленной величины приводит к возникновению аварийных и пожароопасных ситуаций.

Подача напряжения должна осуществляется со строго определенным допуском (-15% ÷ +10%), но, практически, нигде это не выполняется. В наших сетях электропитания вместо положенных 220в может оказаться 110 или 250, а иногда даже 380, что — недопустимо и приводит к возникновению аварийных и пожароопасных ситуаций. После таких событий приходиться ремонтировать практически все, что было подключено к сети, много домашней и производственной техники, а доказать вину энергопоставляющих предприятий и возместить причиненный ущерб практически невозможно.

Подсчитайте примерную стоимость всего вашего электрооборудования и сопоставьте эту цифру со стоимостью наших стабилизаторов. Вывод очевиден — использование стабилизаторов напряжения позволит вам сэкономить существенные деньги при минимальных затратах на покупку стабилизатора.

Стабилизаторы НСН рассчитаны на подключение к сетям переменного тока с номинальным напряжением 220 вольт, с большими отклонениями уровня входного напряжения (10% и более). Стабилизатор напряжения поддерживает на определенном уровне напряжение на выходе, при значительных колебаниях напряжения в сети 220 В.

Модельный ряд стабилизаторов напряжения предлагаемых компанией ТЕХНОТОН ЭНЕРГО
представлен сериями KEBO, UNIVERSAL, STANDARD, STANDARD PRO, OPTIMUM+ и NORMA.

Серия KEBO
обеспечивают  показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым , производственным и профессиональным оборудованием

Серия UNIVERSAL
представляют линейку класса элит и обеспечивают наилучшие показатели защиты оборудования и точности регулирования выходного напряжения.

Серия STANDARD
представляют линейку бизнес-класса и обеспечивают  показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым и профессиональным оборудованием.

Серия STANDARD PRO
представляют линейку бизнес-класса и обеспечивают  показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым , производственным и профессиональным оборудованием.

Серия OPTIMUM+
обеспечивают  показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым , производственным и профессиональным оборудованием

Серии NORMA
представляют линейку эконом-класса и обеспечивают хорошие показатели защиты оборудования и точности регулирования выходного напряжения за доступную цену для большинства потребителей.

Серия INFINITY
обеспечивает показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым, производственным и профессиональным оборудованием, работающие в широком диапазоне входных напряжений 118-268В.

Технические характеристики

Основные технические характеристики стабилизаторов Universal

 

• -Точность стабилизации выходного напряжения — ±1,5%
• -Число ступеней автоматического регулирования — 36 ст.
• -Время реакции на изменения напряжения — 20 мс
• -Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении
• -Мультиуровневая защита по току
• -ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений
• -Автоматическая самодиагностика при включении электропитания
• -Рабочий диапазон входных напряжений 143÷251 В
• -Рабочий диапазон выходных напряжений 217÷223 В
• -Предельный диапазон входных напряжений 60÷270 В
• -Время реакции на изменение напряжения 20 мс
• -Время реакции на аварийное изменение напряжения 20 мс
• -Меню пользователя
• -Возможны рабочие диапазоны рабочего напряжения

 

Основные технические характеристики стабилизаторов STANDARD

• Точность стабилизации выходного напряжения — ±3%
• Число ступеней автоматического регулирования — 16 ст.
• Время реакции на изменения напряжения — 20 мс
• Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении
• Мультиуровневая защита по току
• Режим работы — непрерывный
• ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений
• Автоматическая самодиагностика при включении электропитания
• Рабочий диапазон входных напряжений 138÷250 В / 99÷210 В / 175÷286 В
• Рабочий диапазон выходных напряжений 213÷227 В
• Предельный диапазон входных напряжений 60÷265 В / 60÷227 В / 60÷290 В
• Время реакции на изменение напряжения 20 мс
• Время реакции на аварийное изменение напряжения 20 мс

 

 

Основные технические характеристики стабилизаторов STANDARD PRO

В линейку этих стабилизаторов входят модели мощностью от 30кВА. Стабилизаторы этой серии специально разработаны для работы в трехфазных и однофазных электролиниях на производственных и промышленных объектах при тяжелых условиях эксплуатации. Имеют улучшенные параметры по dU/dt и dI/dt, обладают повышенной помехоустойчивостью, оснащены специальными фильтрами от импульсных (аварийных) всплесков напряжения. Эксклюзивная схема управления для этих моделей позволяет применять их в сетях с искажённой (не синусоидальной) формой входного напряжения.

• Точность стабилизации выходного напряжения — ±3%
• Число ступеней автоматического регулирования — 16 ст.
• Время реакции на изменения напряжения — 20 мс
• Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении
• Мультиуровневая защита по току
• Режим работы — непрерывный
• ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений
• Автоматическая самодиагностика при включении электропитания
• Рабочий диапазон входных напряжений 138÷250 В / 175÷286 В
• Рабочий диапазон выходных напряжений 213÷227 В
• Предельный диапазон входных напряжений 60÷265 В / 60÷290 В
• Время реакции на изменение напряжения 20 мс
• Время реакции на аварийное изменение напряжения 20 мс
• Отображение нагрузки потребителя

Основные технические характеристики стабилизаторов OPTIMUM+

 

Достаточно часто мы встречаемся с ситуацией, когда напряжения в сети потребителя катастрофически изменяется в зависимости от времени года или от состояния энергосети отдельно взятого района. То есть, если зимой «нормальным» напряжением считается 160 Вольт, то летом каждые десять дней приходится менять лампы накаливания, уходя обесточивать квартиру, чтобы случайно не сгорел холодильник или компьютер, а при замере напряжения показания вольтметра достигают 250-270 Вольт.
Специально для подобных нестандартных ситуаций мы разработали стабилизаторы напряжения серии OPTIMUM+ с широким диапазоном входных напряжений.

• Точность стабилизации выходного напряжения — ±5%
• Число ступеней автоматического регулирования — 12 ст.
• Время реакции на изменения напряжения — 20 мс
• Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении
• Мультиуровневая защита по току
• Режим работы — непрерывный
• ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений
• Автоматическая самодиагностика при включении электропитания
• Рабочий диапазон входных напряжений 120÷250 В / 97÷225 В / 165÷295 В
• Рабочий диапазон выходных напряжений 209÷231 В
• Предельный диапазон входных напряжений 60÷262 В / 60÷227 В / 60÷299 В
• Время реакции на изменение напряжения 20 мс
• Время реакции на аварийное изменение напряжения 20 мс

 

Основные технические характеристики стабилизаторов NORMA

 

• Точность стабилизации выходного напряжения — ±(4÷7)%
• Число ступеней автоматического регулирования — 8 ст.
• Автоматическое отключение от сети при превышении напряжения 260 В
• Режим работы — непрерывный
• Светодиодная линейка индикации уровня входного напряжения

Обеспечивают показатели защит  и точности регулирования выходного напряжения совместимые практически со всем бытовым, производственным и профессиональным оборудованием, работающие в широком диапазоне входных напряжений 118-268В.

 

Основные технические характеристики стабилизаторов INFINITY

-Точность стабилизации выходного напряжения — ±5%
-Число ступеней автоматического регулирования — 16 ст.
-Время реакции на изменения напряжения — 20 мс
-Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении
-Мультиуровневая защита по току
-Режим работы — непрерывный
-ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений
-Автоматическая самодиагностика при включении электропитания
-Рабочий диапазон входных напряжений 118÷268В
-Рабочий диапазон выходных напряжений 209÷231В
-Предельный диапазон входных напряжений 60÷290В
-Время реакции на изменение напряжения 20 мс
-Время реакции на аварийное изменение напряжения 20 мс

 

Трехфазные стабилизаторы

 

Трехфазные стабилизаторы напряжения НСН на базе стабилизаторов STANDARD, OPTIMUM+ и NORMA

Трехфазный стабилизатор переменного сетевого напряжения предназначен для коррекции напряжения в промышленных и бытовых сетях электроснабжения с номинальным напряжением 380 вольт.

Стабилизатор напряжения трехфазный построен на основе трех однофазных стабилизаторов НСН, соединенных по схеме «звезда» с обязательной входной нейтралью. Исходным напряжением для стабилизатора является фазное (фаза-ноль), а не линейное напряжение.

 

 Стабилизатор обеспечивает
•    стабилизацию выходного фазного напряжения на уровне 220 В, частотой 50 Гц;
•    автоматическое отключение от сети при повышении входного фазного напряжения выше верхнего предельного входного напряжения;
•    неискаженную форму синусоидального выходного напряжения;
•    работу во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимальной нагрузки;
•    защиту от короткого замыкания и длительной перегрузки на выходе;
•    режим «транзит» в аварийной ситуации;
•    защиту потребителей от перенапряжения в режиме «транзит» при 260 В (445 В линейного);
•    тепловую защиту автотрансформатора;
•    отключение потребителей при кратковременном исчезновении питающей сети (исключает повреждение импульсных источников питания потребителей);
•    отображение входного фазного напряжения.
•    автоматическое отключение от сети при потере одной из фаз, для защиты трехфазных электродвигателей.

Стабилизатор напряжения трехфазный состоит из трёх независимых стабилизаторов НСН собранных и коммутируемые в одном корпусе. Конструктивно стабилизатор выполнен в металлическом корпусе, который позволяет эксплуатировать его в напольном варианте. На лицевой панели  расположены ЖК индикаторы, показывающие (по умолчанию) уровень входного и выходного напряжений , а также индикаторы повышенного напряжения и перегрева.

В случае отсутствия необходимости в стабилизации напряжения или неисправностях стабилизатора прибор можно выключить имеющимся переключателем «стабилизация-транзит».
Функционально каждый отдельный блок представляет собой стабилизатор напряжения вольтодобавочного типа, состоящий из автотрансформатора, мощных симисторных ключей, контроллера напряжения с максимально-токовой защитой от превышения тока, потребляемого нагрузкой.

Рисунок 1 – Подключение трехфазного стабилизатора

 

Как подобрать стабилизатор
 
Для подбора стабилизатора, Вам необходимо суммировать общую мощность электроприборов, которые могут работать одновременно, и определить нижний предел напряжения в сети электропитания.
Учтите, что насосы (обычно на основе двигателей асинхронного типа) и оборудование на их основе (холодильники, кондиционеры и т.п.) потребляют мощность примерно в полтора раза выше своей номинальной мощности (это связано с тем, что обычно указывается полезная мощность, без учёта потерь (cos fi = 0,6 — 0,7)).
Подобное оборудование характеризуется особенно большими пусковыми токами (многократно превышающими номинальный).
Для нормальной работы стабилизатора с ними, следует обеспечить полутора, а лучше двух кратный запас мощности (например, для насоса 1 кВт необходим стабилизатор мощностью не менее 1,5 кВт).
Наиболее сложный случай холодильник изготовленный 10 лет назад и ранее. В нашей стране для них не существовало жестких норм по уровню шума, обеспечению меньших пусковых токов (у холодильников мощностью 100 Вт пусковая мощность может достигать 1,5 и более кВт), ограничению паразитных выбросов энергии, накопленной в индуктивности мотора (компрессора) обратно в сеть. Поэтому работа таких холодильников совместно со стабилизаторами напряжения на симисторных ключах не гарантируется. Со всеми современными (их можно отличить по низкому уровню шума и вертикальному компрессору) холодильниками стабилизаторы напряжения серий STANDARD и NORMA работают нормально.
Отдельно отметим СВЧ-печь, магнитофон которой, аналогично, требует полутора кратного запаса мощности по отношению к максимальной мощности стабилизаторов напряжения (1 кВт печь работает со стабилизатором макс. мощности не менее 1,5 кВт).

Расчет стабилизатора

Средняя потребляемая мощность приборов

Наименования электроприборов	Мощность, Вт
Телевизор	160
Моноблок	80
Проигрыватель DVD	40
Видеомагнитофон	40
Видеоплейер	40
Видеокамера	11
Акустическая система	до 100
Караоке	50
Буфер	до 150
Ресивер	до 1000
Система ДК	100
Музыкальный центр	50
Тюнер	10
Усилитель	400
Аудиомагнитофон	40
Электрогазовая плита	до 4000
Электрическая плита	до 10000
Морозильная камера	200
Холодильник	до 200
Посудомоечная машина	2000
Стиральная машина	2300
Поверхность электрическая	до 6000
Поверхность электрогазовая	2000
Духовка	2000
Эл.водонагреватель	до 1500
Воздухоочиститель (вытяжка)	300
Конвектор	2000
Тепловентилятор	2000
Электрический радиатор	2500
Электрический камин	2500
Кондиционер	до 1500
Вентилятор	100
Вафельница	2000
Кофеварка	до 2000
Кофеварка-эспрессо	до 2000
Кофемолка	180
Сендвичница	2000
Тостер	2000
Эл.чайник	2000
Фритюрница	1000
Блендер	600
Кухонный комбайн	до 1000
Миксер	400
Мясорубка	до 1000
Соковыжималка	500
Печь СВЧ	2500
Пылесос	до 2000
Сушилка для рук	1500
Утюг	1500
Прибор для укладки волос	500
Фен	1500
Щипцы для завивки	35
Швейная машина	135
Компьютер	135