Промышленность тоже не стоит на месте, и повсеместно конструируются различные устройства и механизмы, в которых предполагается или изменять частоту вращения электродвигателя, или поддерживать ее в неких точных пределах, что, конечно же, невозможно при простом прямом включении асинхронного электродвигателя.

К счастью, новейшие разработки в области электроники позволили решить и эту проблему. Был придуман преобразователь частоты — не менее эпохальное изобретение, чем сам асинхронный электродвигатель. Это устройство (описание принципов работы см. в разделе «Теоретические и Практические основы работы Преобразователя Частоты») позволяет изменять частоту вращения электродвигателя от О оборотов в минуту до номинальной частоты вращения, и даже чуть выше, что позволило абсолютно видоизменить все представления о возможностях, которые открываются в работе даже простых механизмов (подъемников, дробилок, насосов и вентиляторов и т. д.), не говоря уже о чем-то более сложном.

Например, компания «Danfoss» ведет разработки по проектированию преобразователей частоты (далее ПЧ) с 60-х годов прошлого века. На данный момент эти устройства представляют собой практичные и надежные модели, срок службы которых сравним или даже превосходит срок службы тех электродвигателей, на которых они установлены. При этом все оборудование сделано по популярному ныне принципу «поставил и забыл», то есть при правильной установке и эксплуатации не требует технического обслуживания, вмешательства обслуживающего персонала.

Использование ПЧ в производственных процессах влечет за собой множество приятных побочных эффектов помимо ставящейся основной задачи — регулирования частоты вращения электродвигателя. Например, экономию электроэнергии при использовании в насосных станциях и системах вентиляции (да и в любых других системах с обратной связью) до 45 % в год. В какие суммы это выливается при постоянном повышении тарифов на электроэнергию, думаю, объяснять не стоит.

Кроме того, снижаются затраты на техническое обслуживание (ремонт) механической части системы двигатель-нагрузка. Связанно это с тем, что в процессе эксплуатации при пусках-остановах двигателя не возникает резких рывков скорости — ведь при прямом пуске электродвигатель стремится запуститься в максимально короткий промежуток времени — пусковые токи превышают номинально потребляемый в 4–6 раз. С этим нюансом связана и повышенная нагрузка на электросистему предприятия, что тоже приводит к случаям отказа электрооборудования. И это даже более серьезно по своим последствиям, чем механическая поломка единичного агрегата.

Получается, что установить преобразователь частоты можно не просто для решения текущих технических задач, но и как энергосберегающее оборудование.

Теоретические и практические основы работы преобразователя частоты

Конструкция асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Трехфазный ток создает симметричное вращающееся магнитное поле

Эквивалентная электрическая схема асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Rs, Rr — Омические потери в статоре и роторе

Rfe — Потери в железе

Lss (L1) — Индуктивность рассеяния статора

Lsr (L2) — Индуктивность рассеяния ротора

LM (LH) — Индуктивность намагничивания

(1-s)/s Rr — Нагрузка

Обычное регулирование частоты вращения электродвигателя (т. н. скалярное, т. е. безвекторное) отношением напряжение/частота (U/f).

Преобразователь частоты выпрямляет переменное напряжение сети в постоянное, которое затем преобразуется в переменный ток с изменяющейся амплитудой и частотой. Двигатель, таким образом, запитывается регулируемым напряжением и частотой, которое позволяет обеспечить плавное изменение скорости вращения в трехфазном стандартном двигателе (АС) переменного тока.

1. Напряжение сети

3 х 200–240 В, 50/60 Гц;

3 х 380–460 В, 50/60 Гц;

3 х 550–600 В, 50/60 Гц.

2. Выпрямитель

Трехфазный выпрямляющий мост, который преобразует переменный ток в постоянный.

3. Промежуточная цепь

Напряжение постоянного тока = v2 х напряжение сети [В].

4. Катушки промежуточной цепи

Сглаживают ток в промежуточной цепи и снижают токи высших гармоник, поступающие в сеть.

5. Конденсаторы промежуточной цепи — сглаживают напряжение промежуточной цепи.