Необходимость в управлении частотой вращения асинхронных электрических двигателей возникла сразу же после того, как они были изобретены. И хотя задача стояла острым вопросом, выполнить такую реализацию удалось лишь после появления полупроводниковых силовых приборов тиристоров, которые позже были заменены на транзисторы. Самой главной возлагавшейся на устройства задачей стало сокращение энергоресурсов, растрачиваемых на использование электродвигателя в заданных производством технологических процессах. Благодаря этому, за период уж более чем в полвека удалось освободить короткозамкнутые двигатели от проблемы стандартной частоты вращения, определив для каждого из них индивидуальный источник энергии управляемой частоты.
Наиболее совершенным на сегодняшний день устройством по регулирования скорости электрического двигателя является так называемый преобразователь частоты, именуемый ещё инвертором. Благодаря ему, подающееся на устройство напряжение с постоянным значением и амплитудой преобразовывается на переменное. Полученные таким способом частотные значения подаются на электродвигатель, заставляя изменяться и частоту вращения его магнитного поля. Это же изменяет и скорость вращения выходного вала электродвигателя. Таким способом, двигатель получает:
- Постоянную корректировку рабочей скорости;
- Быстрое изменение вращающегося момента, в соотношении к механической нагрузке;
- Минимальное количество потерь, благодаря поддержанию в условиях любой нагрузки и при любой скорости постоянного скольжения.
Преимущества использования двигателей с частотным регулированием
Благодаря тому, что частотники смогли полностью урегулировать работу электродвигателя, в производственных и прочих сферах это принесло массу преимуществ от их применения, как со стороны управления, так и показателей экономичности, повышения качества и прочих. Наиболее значимыми среди них являются:
- Возможность выполнять управление удалённо, не приближаясь к зоне обработки, где установлен двигатель;
- Увеличение производительности за счёт регулирования рабочей скорости в соответствии с производственными потребностями и эксплуатируемым оборудованием;
- Высокое качество получаемого продукта, достигаемое точным контролем требуемых скоростных параметров;
- Снижение затрат за счёт мягкого запуска двигателя. Это помогает уберечь оборудование от перегрузок, способных вывести его из строя, что грозит растратами на замену оборудования либо на внеплановое техническое обслуживание.
Так же, преимуществом преобразователей частот является высоких уровень универсальности, о чём говорит возможность их применения как в условиях постоянного, так и переменного момента нагрузки. Это помогает уменьшить подаваемое на электродвигатель напряжение (при переменном моменте) и повысить эффективность системы за счёт плавного регулирования заданных скоростных параметров (при постоянном моменте). Не менее важен и момент торможения. До внедрения частотников, не регулируемые электродвигатели работали до полного их останова, при этом, используя в момент нового пуска большое количество энергозатрат. Регулирование времени торможения позволило использовать двигатель в качестве генератора, приводящего не растраченную энергию кинетическую в электрическую. Используя данный феномен с функцией плавного пуска, получаем:
- отсутствие видимых сетевых перегрузок;
- отсутствие нагрузки на рабочую систему, в том числе и на сам двигатель;
- отсутствие больших затрат энергии.
Единственным недостатком в такой системе является выделяемая преобразователем излишняя энергия, что может привести к перегреву устройства. В этом случае используют внешнее сопротивление.
Устройства, работающие с частотным регулированием
Использование регуляторов частоты вращения приводных механизмов на сегодняшний день актуально в большинстве сфер деятельности человека, начиная от коммунальных и хозяйственных систем и заканчивая заводскими конвейерными линиями. Наибольшее распространение они получили в качестве управляющих и регулирующих устройств для следующих систем, устройств и механизмов:
- Насосы и насосные системы:
- регулируют уровень воды в ёмкостях на очистительных станциях;
- регулируют давление в системе бойлерных, котельных и прочих станциях с горячим водоснабжением;
- обеспечивают стабильность водооборота в охладительных системах как на крупных, так и мелких предприятиях;
- обеспечивают экономный расход электроэнергии при пониженном уровне потребления или при достижении нужного уровня рабочей жидкости в различных системах.
- Системы воздухоочистки, вентиляции и кондиционирования:
- помогают контролировать с помощью датчиков степень загрязнения и уровень безопасного химического состава воздуха;
- регулируют нагрузку;
- управляют уровнем влажности и температуры.
- Лифтовые и транспортёрные системы, конвейерные линии:
- обеспечивают плавное и равномерное движение элементов;
- поддерживают высокую энергоёмкость системы;
- контролируют перепады крутящих моментов при возникновении нагрузок;
- регулируют рабочие параметры в соответствии загруженности систем, например, в течение суток, времени года.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что использование устройств по регулированию частоты вращения приводов способствует увеличению эффективности многих промышленных процессов, сохраняя надёжность и работоспособность каждой цепочки на долгие годы, экономя, тем самым, бюджетные средства.
