2.3.3.2 Основные характеристики и функции

Преобразователи частоты подключаются к промышленной сети частотой 50 Гц и напряжением 220/380 В. При этом они формируют на выходе напряжение частотой от 0,1 Гц до 500 Гц и максимальным значением равным амплитуде напряжения сети.

Нагрузкой ПЧ может быть любой двигатель мощностью меньше или равной мощности преобразователя. Обычно в справочных данных указывается не мощность, а выходной ток преобразователя. Соответственно и фазный ток двигателя в статическом режиме не должен превышать этого значения.

Они обеспечивают диапазон регулирования скорости вращения в пределах 1:10 при управлении по заданной частотной -характеристике и до 1:100 при векторном управлении. Статическая погрешность регулирования составляет около  без датчика скорости;  в системе с аналоговым датчиком и  с импульсным датчиком.

В ПЧ предусмотрена возможность выбора частоты коммутации из ряда дискретных значений от 0,5 до 20 кГц. При низких частотах коммутации, составляющих примерно треть диапазона, преобразователь может развивать полную выходную мощность. При высоких частотах возрастают коммутационные потери в транзисторах и в этом случае требуется увеличение мощности преобразователя на один типоразмер, кроме эксплуатации в повторно-кратковременном режиме, когда можно производить выбор преобразователя по обычным критериям.

При разработке приводов с ПЧ необходимо учитывать изменение теплового режима двигателя. Разработчики преобразователей приводят рекомендуемые граничные механические характеристики вида рис. 1. Двигатели с естественной вентиляцией в длительном режиме должны работать с уменьшением момента нагрузки по мере снижения частоты. Примерно до половины номинальной частоты это снижение составляет около 5%, а далее увеличивается до 50%. Двигатели с принудительной вентиляцией могут работать в длительном режиме в заштрихованной области, если при этом ток статора не превышает допустимого выходного тока преобразователя. При этом возможны кратковременные перегрузки по моменту на 20-70% в течение 60 с и на 40-100% в течение 2 с.

Если двигатель по условиям механической прочности допускает работу при повышенных скоростях вращения, то в ПЧ это легко реализуется при постоянной располагаемой мощности, т.е. со снижением момента обратно пропорционально частоте вращения (рис. 2).

В любом приводе существует проблема переходных режимов, когда требуется обеспечить определенное ускорение по условиям работы механизма или двигателя. В приводах с ПЧ дополнительно нужно учитывать существующие ограничения по выходному току и рассеиваемой мощности при торможении. Обычно они составляют 150% от номинального тока. Преобразователь имеет встроенную защиту, ограничивающую этот ток или отключающую нагрузку. Рациональным выбором кривых разгона и торможения можно полностью исключить режимы выхода на предельные значения тока. Для этого пользователю предоставляется возможность независимого выбора этих кривых как по характеру (линейная, -образная, -образная) так и по времени () в пределах от 0,05 до 1000 сек с разрешением 0,1 сек.

Аналоговые входы ПЧ позволяют организовать непрерывное управление АД с заданным ограничением диапазона. Для этого в ПЧ в диалоговом режиме можно выбрать верхнюю () и нижнюю () границу диапазона (рис. 3), а также, если требуется, сформировать на регулировочной характеристике зону нечувствительности или режим ограничения.

Пользователю предоставляется также возможность создания на регулировочной характеристике от одного до трех «окон» шириной 5 Гц (рис. 3), с помощью которых можно исключить частоты, вызывающие механический резонанс в приводе. Это особенно важно для приводов центробежных насосов и вентиляторов, в которых явление резонанса возникает особенно часто.

Дополнительные возможности в управлении приводом предоставляют четыре логических входа ПЧ. С их помощью можно управлять направлением вращения, торможением, остановкой, переключением до четырех предварительно выбранных скоростей вращения, формируя при этом сложные нагрузочные диаграммы (рис. 4).

Преобразователи частоты легко включаются в замкнутые или разомкнутые системы управления с ручным заданием, т.к. в них имеется встроенный ПИ регулятор с настраиваемыми коэффициентами и апериодический фильтр первого порядка.

Особую группу функций в каждом преобразователе частоты составляют разного рода защиты. К ним относятся защита от поражения электрическим током, защита преобразователя и защита двигателя.

Для защиты операторов от электрического поражения предусмотрена гальваническая развязка силовой цепи и цепей управления с сопротивлением изоляции не менее 500 Мом и электрической прочностью изоляции 2830 В постоянного тока между корпусом и силовыми цепями и 2000 В переменного тока между цепями управления и силовыми цепями. В цепях управления ПЧ используются только сигналы с безопасным для человека уровнем напряжения.

Полупроводниковые приборы ПЧ крайне чувствительны к различным перегрузкам. Поэтому преобразователь обязательно имеет несколько видов защиты от аварийных режимов. Это, прежде всего, защиты от коротких замыканий между выходными фазами, между выходными фазами и корпусом преобразователя, а также от замыканий внутренних источников питания. Эти защиты имеют очень высокое быстродействие, исключающее выход полупроводниковых приборов за пределы областей безопасной работы. Кроме этого в ПЧ имеется защита от перепадов напряжения сети и от обрыва фазы сетевого напряжения. Последний вид защиты предусмотрен в преобразователях предназначенных для работы только в трехфазных сетях. Помимо описанных быстродействующих защит преобразователь обязательно имеет тепловую защиту, обычно использующую в качестве датчика терморезистор. Она контролирует его тепловой режим с учетом не только преобразуемой мощности, но и условий теплооотвода.

Во всех ПЧ предусмотрена тепловая защита двигателя. Она производится посредством непрерывного контроля величины  с учетом скорости вращения и имеет время-токовые характеристики, показанные на рис. 5. Тепловую защиту АД можно также организовать с помощью дополнительной карты и терморезистора, установленного в двигателе. Помимо тепловой защиты обычно предусматривается быстродействующая защита от обрыва фазы.

Аварийный сигнал любого вида защиты вызывает отключение двигателя и срабатывание реле , контакты которого выведены во внешние цепи преобразователя и могут использоваться для коммутации цепей системы управления приводом. Кроме того, в ПЧ можно активизировать функцию повторного запуска. В этом случае система управления преобразователя после устранения неисправности производит серию попыток повторного запуска двигателя с 30-ти секундными интервалами. Если после шести попыток запуск не осуществился, то преобразователь блокируется до отключения и повторного включения питания.