Разница между мягким пускателем и частотным регулятором (VFD)

Частотные преобразователи (ЧП) и плавные пускатели являются различными типами устройств для запуска двигателей, хотя их использование полупроводниковых компонентов часто вызывает путаницу. Хотя оба устройства обеспечивают безопасный запуск и остановку асинхронных двигателей, они значительно отличаются по принципам работы, функциональности и преимуществам применения.

ЧП регулируют как напряжение, так и частоту для динамического управления скоростью двигателя, что подходит для сценариев с переменной нагрузкой. Плавные пускатели, однако, используют нарастание напряжения для ограничения пускового тока при запуске без изменения скорости после активации. Это фундаментальное различие определяет их роли: ЧП превосходны в приложениях, чувствительных к скорости и энергоэффективных, в то время как плавные пускатели предлагают экономически эффективное и упрощенное включение для двигателей с постоянной скоростью.

Прежде чем углубиться в различия между ЧП и плавными пускателями, необходимо дать определение пускателю двигателя.

Пускатель двигателя

Пускатель двигателя — это важное устройство, предназначенное для безопасного запуска и остановки асинхронного двигателя. При запуске асинхронный двигатель потребляет значительный пусковой ток — примерно в 8 раз больше номинального тока — из-за низкого сопротивления обмоток. Этот скачок может повредить внутренние обмотки, сократить срок службы двигателя или даже вызвать перегорание.

Пускатели двигателя снижают этот риск, уменьшая пусковой ток, защищая двигатель от механических нагрузок (например, резких рывков) и электрических повреждений. Они также обеспечивают безопасное выключение и часто включают встроенные защиты от низкого напряжения и перегрузки по току, делая их незаменимыми для надежной работы двигателя.

Плавный пускатель

Плавный пускатель — это специализированный пускатель двигателя, который снижает пусковой ток, уменьшая напряжение, подаваемое на двигатель. Он использует полупроводниковые тиристоры для управления напряжением:

• Конфигурация тиристоров: Пары тиристоров, установленные последовательно, управляют током в обоих направлениях.

• Трехфазные системы: Требуют 6 тиристоров для одновременного снижения напряжения во всех трех фазах, обеспечивая сбалансированный запуск.

У тиристора три вывода: анод, катод и затвор. Ток не проходит, пока на затвор не будет подано напряжение, которое запускает тиристор и позволяет току проходить. Количество управляемого тока или напряжения контролируется путем регулирования угла запуска сигнала на затворе — этот механизм снижает пусковой ток, подаваемый на двигатель при запуске.

При запуске двигателя угол запуска устанавливается таким образом, чтобы подавать низкое напряжение, которое постепенно увеличивается по мере ускорения двигателя. Когда напряжение достигает линейного значения, двигатель достигает номинальной скорости. Обычно используется обходной контактор для прямого подключения линейного напряжения во время нормальной работы.

При остановке двигателя процесс происходит в обратном порядке: напряжение постепенно снижается, замедляя двигатель, прежде чем отключить входное питание. Поскольку плавный пускатель изменяет только напряжение питания при запуске и остановке, он не может регулировать скорость двигателя во время нормальной работы, ограничивая его применение для постоянных скоростей.

Основные преимущества плавных пускателей включают:

• Отсутствие гармоник: Исключает необходимость дополнительных фильтров гармоник.

• Компактный дизайн: Меньший размер по сравнению с ЧП из-за меньшего количества компонентов, что снижает общую стоимость.

ЧП (Частотный преобразователь)

Частотный преобразователь (ЧП) — это полупроводниковый пускатель двигателя, который обеспечивает безопасный запуск и остановку двигателя, а также полное управление скоростью во время работы. В отличие от плавных пускателей, ЧП регулируют как напряжение, так и частоту. Поскольку скорость асинхронного двигателя напрямую связана с частотой питания, ЧП идеально подходят для приложений, требующих динамического регулирования скорости.

ЧП состоит из трех основных цепей: выпрямителя, фильтра постоянного тока и инвертора. Процесс начинается с того, что выпрямитель преобразует сетевое напряжение переменного тока в постоянное, которое затем сглаживается фильтром постоянного тока. Инверторная цепь затем преобразует стабильное напряжение постоянного тока обратно в переменное, с помощью системы логического управления, которая позволяет точно регулировать как выходное напряжение, так и частоту. Это позволяет плавно изменять скорость двигателя от 0 до номинальной скорости — и даже выше, увеличивая частоту, — обеспечивая полное управление характеристиками момента-скорости двигателя.

Изменяя частоту питания, ЧП обеспечивает динамическое регулирование скорости во время работы, что делает его идеальным для приложений, требующих реального времени модуляции скорости. Примеры включают вентиляторы, которые регулируют скорость в зависимости от температуры, и насосы, которые реагируют на входное давление воды. Поскольку момент двигателя прямо пропорционален как току, так и напряжению питания, способность ЧП регулировать оба параметра позволяет осуществлять точное управление моментом.

В отличие от традиционных пускателей, таких как DOL (прямое включение) и плавные пускатели, которые могут работать только на полную скорость или останавливаться, ЧП оптимизируют потребление энергии, позволяя двигателю работать на запрограммированных скоростях. Однако эта универсальность имеет свои недостатки: ЧП генерируют гармоники, требующие дополнительных фильтров, и их сложная схема (включающая выпрямители, фильтры и инверторы) приводит к большему размеру и более высокой стоимости — обычно в три раза больше, чем у плавного пускателя.