Совместная работа стабилизаторов и частотных преобразователей

Что такое частотный преобразователь?

Частотный преобразователь, преобразователь частоты или, в простонародье, частотник – это устройство, предназначенное для управляемого изменения частоты переменного тока. Подключается частотник в цепь между однофазным или трехфазным источником входного напряжения (сетью) и потребителем, т. е. нагрузкой:

• частота А – исходная частота источника напряжения (в России установленное ГОСТом значение для электросети общего пользования – 50 Гц);
• частота Б – отрегулированная преобразователем частота со значением, адаптированным к конкретной нагрузке. На практике диапазон выходной частоты отличается от преобразователя к преобразователю, но разница между минимальным и максимальным значением практически всегда составляет сотни Герц (например, от 0,1 до 500 Гц).

Где используются частотные преобразователи?

Частотные преобразователи эксплуатируются везде – это может быть бытовое хозяйство или тяжёлая промышленности. Их основное практическое применение – совместная работа с электродвигателями, которые присутствуют внутри значительного числа электроприборов. Так в жилых городских или загородных домах частотники применяют с насосами систем водоснабжения и водоотведения, вентиляционным оборудованием, лифтами, а иногда – даже с мощными стиральными машинами и сплит-системами. При наличии домашней или гаражной мастерской список пополняется применяемыми в ней станками (например, токарным, фрезерным или сверлильным).

В производственном секторе частотные преобразователи подключают к электродвигателям конвейеров, грузоподъемных механизмов, станочного оборудования (в том числе с ЧПУ), а также – к прочим исполнительным машинам и агрегатам (от бетономешалок до прецизионных систем лазерного раскроя металла).

Для чего электродвигателю частотный преобразователь?

Частотник становится промежуточным звеном в цепи «сеть – электродвигатель», регулирует частоту напряжения и обеспечивает плавный пуск мотора. За счет этого понижаются его потребляемые в момент запуска токи (иногда могут превышать номинальные в 8 и более раз).

Основные плюсы снижения пусковых токов:

• экономия – как за счет сокращения фактического расхода электроэнергии, так и за счет исключения штрафных санкций, которые могут последовать за нарушение установленного режима потребления электрической мощности;
• увеличение рабочего ресурса электродвигателя;
• уменьшение номинала используемых в сети устройств управления, распределения и защиты;
• устранение провалов напряжения на соседствующих с электродвигателем нагрузках – пусковые токи «движка» вытягивают из сети максимум, что приводит к нехватке напряжения для остальных потребителей.

Частотные преобразователи обеспечивают не только плавный пуск двигателя, но и его плавное торможение. Также частотники используют для управления электродвигателями. Они способны быстро и точно менять их скорость и вращающий момент.

Может ли стабилизатор напряжения работать совместно с частотным преобразователем?

Стабилизаторы, защищающие подключенное к ним оборудования от сетевых колебаний и искажений, могут работать с частотными преобразователями.

Выгода от такого сотрудничества – обоюдная. Стабилизатор ограничит или полностью исключит влияние сетевых проблем на связку частотника и электродвигателя. Частотник, в свою очередь, снизит пусковые токи «движка», сократив нагрузку на стабилизатор, что позволит использовать модель с меньшими выходной мощностью и, следовательно, ценой.

Примеры совместной работы стабилизатора и частотника.

Пример 1

Имеем частотник и токарный станок, размещенные в производственном цеху городской промзоны. Предположим, что сеть в данном месте характеризуется периодическими перепадами с просадкой до 160 вольт или, наоборот, ростом – до 270 вольт.

Оба указанных значения выходят за рамки допустимого входного диапазона большинства частотников. Соответственно, при каждом провале/скачке преобразователь и станок будет аварийно отключаться, что негативно скажется на их рабочем ресурсе, а также на всём процессе производства.

Решить проблему сможет современный инверторный стабилизатор с расширенным диапазоном входного напряжения (90-310 В). Прибор нейтрализует перепады, обеспечив частотный преобразователь напряжением с величиной, необходимой для его устойчивой работы.

Дополнительными преимуществами применения такой модели станут:

• «подстраховка» нагрузки при кратковременных сетевых обрывах – энергия, запасенная во внутренних ёмкостях прибора, обеспечит электропитание при полном отключении электричества на промежуток времени до 0,2 с;
• фильтрация помех – благодаря встроенным ВЧ-фильтрам генерируемые некоторыми частотниками искажения не попадут в питающую сеть и не окажут вредного воздействия на другое электрооборудование цеха.

Пример 2

Требуется обеспечить надежное функционирование системы водоснабжения частного дома со скважиной и погружным насосом на 1 кВт в условиях электросети с хронически пониженным напряжением – 190-200 В (это распространённая проблема в загородной местности, а иногда в городских кварталах с индивидуальной жилищной застройкой). Даже такое, сравнительно небольшое, отклонение сетевых показателей негативно скажется на качестве подачи воды и состоянии насоса. Напор в системе снизится, а нагрев агрегата наоборот – возрастёт (рост нагрева = ускорение износа).

На помощь снова призываем инверторную модуль, которая мгновенно подтянет сетевые параметры до «комфортных» 220 или 230 В. Останется только верно определить необходимую мощность устройства. Главное условие – она должна быть не меньше максимальной мощности, которую способна потребить нагрузка. За счёт пусковых токов электродвигатель нашего насоса в момент включения вместо номинального киловатта потребляет сразу 7 или 8 кВт. Значит стабилизатор нужен с аналогичной выходной мощностью, но стоимость данного прибора немалая. Откровенно говоря, далеко не все смогут позволить себе такую покупку.

Для решения проблемы подключим к насосу частотник, который, снизив пусковые токи, уменьшит стартовое энергопотребление до 1,5-2 кВт. Именно такой номинал потребуется от стабилизатора.

Нюансы совместной работы стабилизатора и частотного преобразователя

Некоторые модели поддерживают режим рекуперации, когда избыточная энергия, возникающая при торможении электродвигателя, не рассеивается, а возвращается в питающую сеть. Чаще всего устройства с такой функцией применяют совместно с электродвигателями лифтового оборудования и конвейерных линий, однако не запрещено их использование и с другими механизмами. Также существуют специальные модули рекуперации, позволяющие организовывать возврат рекуперативной энергии даже с использованием частотников, изначально не предусматривающих данный процесс.

Как подобрать инверторный стабилизатор для частотного преобразователя?

Как и для любого другого оборудования – по мощности. Выше уже говорилось, что мощность устройства защиты должна быть строго не меньше, а желательно больше, чем максимальная мощность, которую в состоянии потребить нагрузка.

Кроме мощности, следует также обращать внимание на фазность: трехфазный частотный преобразователь будет работать только с трехфазным стабилизатором, однофазный частотник – можно использовать как с однофазным стабилизатором, так и подключать к одной из выходных фаз трехфазной модели (более сложный в плане коммутации вариант).