0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронные двигатели для работы с преобразователями частоты

Онлайн помощник домашнего мастера

Частотный преобразователь: назначение, принцип работы и устройство прибора. Лучшие модели преобразователей

  • Электродвигатели

Электрические двигатели, в том числе трехфазные асинхронного типа, получили широкое распространение в разнообразных сферах деятельности. Рабочий цикл агрегатов связан с плавным их запуском и аналогичным способом остановки. Для решения проблемы управления частотой тока и скоростью двигателя применяются частотные преобразователи.

Краткое содержимое статьи:

Назначение и достоинства

Электромагнитные силы, образующиеся под влиянием магнитного поля, создаваемого якорной обмоткой, приводят ротор в движение. Его вращение происходит с числом оборотов, которое задается частотой сетевого тока. При частоте в 50 Гц происходит 50 колебаний в течение 1 с. Следовательно, скорость вращения ротора составит 3000 об./мин.

Назначение частотных преобразователей состоит в том, чтобы посредством изменения параметров частоты тока обеспечить эффективное управление двигателем.

Достоинствами этих приспособлений являются:

  • обеспечение плавности работы мотора в момент пуска и торможения;
  • регулирование работой двигателей, собранных в группу;
  • отсутствие необходимости применения редукторов и иных механических устройств для управления скоростью движка;
  • обеспечение работы систем управления приводами на многофункциональной основе;
  • возможность корректировок в настойках без прерывания работы агрегата.

Разновидности устройств

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют основные типы частотных преобразователей 220/380 – индукционные и электронные. К первому варианту относят асинхронные разновидности электрических двигателей, особенностью которых является применение схемы с фазным ротором.

При этом они имеют возможность работать в режиме генератора. Однако они не сильно распространены в практике, поскольку у них невысокий КПД и низкая эффективность.

А вот электронный вариант может быть использован как при функционировании асинхронных движков, так и модификаций синхронного вида. Управление двигателями производится несколькими принципиально различающимися способами:

Посредством скалярного управления, исходя из линейных закономерностей. В этом случае учитывается пропорциональная зависимость амплитуды от частоты. Если частота меняется, то амплитуда входного напряжения также будет изменяться. В результате это влияет на крутящий момент, КПД, и уровень мощности.

Задание равномерности момента нагрузки обеспечивается постоянством соотношения амплитуды с выходной частотой. Преобразующее устройство и формирует указанное равновесие.

При векторном подходе момент нагрузки постоянен при любых пределах частотных изменений. Это позволяет получить большую точность регулирования. Возрастает и гибкость реагирования электропривода на скачки в выходной нагрузке. Частотный преобразователь для асинхронного двигателя обеспечивает постоянный контроль над моментом вращения.

Важно помнить, что фаза тока статора, которая меняется под действием магнитного поля, и представляет собой вектор тока. Он управляет моментом вращения. Таким образом, в этом случае используется амплитудная или широтно-импульсная система регулировки сигнала.

Конструктивное исполнение

Существуют разные виды частотных преобразователей для двигателя. Но при этом конструктивно можно выделить отдельные типичные блоки. Данные компоненты тесно связаны между собой. Блок управления определяет работу выходного каскада.

При этом определяющую роль играет возможность изменения параметров тока переменного типа. Дополнительно в устройстве предусматриваются системы защиты, находящиеся под контролем микроконтроллера.

Выпрямитель представляет собой первый модуль. Через него происходит движение тока. Здесь происходит изменение переменного тока. При помощи диодов он преобразуется в постоянный. Можно подобрать модели для однофазной сети или для трехфазного питания. В них будет отличаться число диодов.

Постоянное напряжение с высокими пульсациями выходит из выпрямителя. Чтобы сгладить пульсации применяются конденсатор и индуктивная катушка. А вот процесс преобразования параметров выходящего тока происходит в инверторе.

Конструктивно в нем содержатся транзисторы. Их 6 штук – по паре для каждой фазы. А микропроцессорная система гарантирует управление скоростными показателями роторного вращения. Все это можно увидеть на фото частотного преобразователя.

Особенности подключения

Устройства, предназначенные для управления частотой, могут функционировать в условиях подключении однофазного типа или за счет трехфазного электропитания. При эксплуатации источников постоянного тока, которые имеют напряжение в 220 В, то они могут также использоваться для подключения инверторов.

Модификации трехфазного типа ориентированы на сетевое напряжение 380 В. Они направляют его на двигатель. Питание однофазных инверторов ведется от сети 220 В. На выходе они создают три фазы, которые распределены по временному параметру.

Если вас интересует вопрос, как подключить частотный преобразователь, то можно выделить две принципиальные схемы. По принципу «звезда» обустраиваются обмотки под преобразователь, который подпитывается от сети с напряжением 380 В. Если же подключение идет к однофазной сети 220 В, то применяется схема «треугольник».

При этом следует учитывать параметр соответствия мощности двигателя с возможностями инвертора. Перегружать преобразователь нельзя. Наоборот, целесообразно иметь некоторый запас по мощности.

На первом этапе подключения перед устройством монтируется автоматический выключатель с номиналом, который совпадает с рабочими характеристиками тока, потребляемого двигателем. Если инструкция как настроить частотный преобразователь, была соблюдена полностью, то фазные проводники подведены к заданным контактам двигателя.

Преобразующее приспособление должно подсоединяться к контроллеру. Также требуется подключение и к пульту. Вначале проверьте положение рукоятки – нейтральное. Затем надо запустить автомат. При соответствии процесса нормативам наблюдается световая индикация.

Небольшой поворот рукоятки приведет к активизации вращения двигателя. Кнопка реверса позволяет задать обратное направление вращения. Чтобы настроить нужную частоту, следует произвести регулировку ручкой. В последующем работа преобразователя позволит более эффективно эксплуатировать оборудование с электродвигателем.

Как выбрать преобразователь частоты (частотный привод)?

Одним из важных направлений энергоэфективности производственных процессов является внедрение энергосберегающего оборудования, к которому в первую очередь относится частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) или преобразователь частоты. Успешное внедрение частотных преобразователей для решения различных производственных задач, объясняется в первую очередь широким распространением асинхронных электродвигателей (до 90% рынка) отличающихся высокой степенью надежности, простотой конструкции, дешевизной, легкостью подключения и т.д. Но данным электродвигателям также присущи и некоторые недостатки, снижающие их область применения или делающих их менее эффективными, например: невозможность плавного регулирования частоты вращения ротора и как следствие неэкономичное применение при определенных задачах, существенные пусковые токи и т.д.

Читать еще:  Шевроле тахо объем двигателя и расход топлива

Для устранения вышеописанных недостатков асинхронных электродвигателей и были разработаны преобразователи частоты.

Частотно-регулируемый привод или частотный преобразователь — система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя.

Основные критерии, которые необходимо учесть при выборе частотного преобразователя:

1. Питание однофазное (220-240 В) или трехфазное (380 В)?
Важным параметром преобразователя частоты является требование к величине напряжения питающей сети. Преобразователи питаются, в основном, от трехфазной сети переменного тока, имеющей напряжение в 380 В. Это, вполне соответствует белорусским стандартам качества электроснабжения. Следует также отметить, что существуют и преобразователи невысокой мощности (до 3,7 кВт), которые рассчитаны на работу от однофазной сети, имеющей напряжение 220–240 В.

2. Мощность
Ток двигателя (А) и мощность (кВт)? При выборе номинальной мощности частотного преобразователя мы рекомендуем поступать следующим образом:
— Определить номинальный ток преобразователя, который необходимо выбирать равным номинальному току электродвигателя или больше.
— Определить полную выходную мощность преобразователя, ориентируясь на номинальную мощность электродвигателя.

3. Тип управления скалярный или векторный преобразователь частоты?
Скалярное управление имеет прямую зависимость выходного напряжения преобразователя к его выходной частоте, при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. Используя скалярный метод, имеется возможность одновременно управлять группой электродвигателей. Векторное управление позволяет увеличить точность поддержания и контроля момента и скорости на валу двигателя на заданном уровне. Векторные частотные преобразователи рекомендуется использовать, когда нагрузка меняется на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между скоростью вращения и моментом. При уменьшении нагрузки за счет снижения напряжения на двигателе, векторные частотные преобразователи позволяют минимизировать реактивный ток электродвигателя. Так же отличительной особенностью векторного регулирования является возможность управлять моментом на валу электродвигателя при его работе на частотах близких к нулю.

4. Степень защиты
Частотные преобразователи могут быть следующих степеней защиты:
IP21 — Корпуса, предназначенные для использования в помещении и обеспечивающие достаточный уровень защиты от небольшого количества падающей воды и грязи.
IP54 — Корпуса, предназначенные для использования вне помещения и обеспечивающие достаточный уровень защиты от воздушной пыли, дождя, мокрого снега и образования наледи
IP65 — Корпуса, предназначенные для использования в помещении и вне его, и обеспечивающие достаточный уровень защиты от коррозии, воздушной и водяной пыли, брызг и струй воды

5. Способы управления заданием
Некоторые механизмы должны управляться от задания, плавно изменяя обороты электродвигателя с вращением ручки потенциометра, а в некоторых случаях требуется работа на фиксированных скоростях. Причем, и в том и другом случае может быть возможным управлак с самой панели ПЧ, так и по аналоговым входам с помощью кнопок, переключателей и потенциометров. При реализации последнего варианта необходимо убедиться в достаточном количестве требуемых входов.
В случае использования внешнего управляющего устройства (контроллера, логического реле и т.д.), необходимо убедиться в согласовании по техническим параметрам. Обычно это токовые или вольтовый сигналы с диапазонами 0…20мА, 4…20мА и 0…10В соответственно. Если управление частотного преобразователя происходит по сети, то необходимо наличие соответствующих интерфейса с протоколом передачи данных. Управление двигателем может проходить автоматически, для этого необходимо наличие ПИД-регулятора и возможность организовать обратную связь от датчика контролируемого параметра.

6. Диапазон регулировки
В том случае, если не предполагается снижать скорость вращения более чем на 10% от номинальной величины, то можно использовать любой подходящий по другим параметрам преобразователь. Однако если имеется необходимость более значительного снижения скорости вращения, а вращающий момент при этом должен поддерживаться на уровне номинального, то преобразователи частоты должны иметь способность поддерживать работу электродвигателя на частотах, приближенных к нулю. 5. Количество входов управления Дискретные входы нужны для ввода команд управления ( пуск, стоп, реверс, торможение и т.д.). Аналоговые входы необходимы для ввода сигналов обратной связи (регулировки и настройки привода в процессе работы). Цифровые входы нужны для ввода высокочастотных сигналов от цифровых датчиков скорости и положения (энкодеров). Количество входов много не бывает, но чем больше входов, тем сложнее систему можно построить, и тем она дороже.

7. Количество выходных сигналов
Дискретные выходы используются для выхода сигналов о различных событиях (авария, перегрев, входное напряжение выше или ниже уровня, сигнал ошибки ит.д.). Аналоговые выходы используются для построения сложных систем с обратными связями. Рекомендации по выбору аналогичны предыдущему пункту.

Изучаем принцип работы, собираем и подключаем частотный преобразователь для асинхронных двигателей

Созданный в конце XIX столетия, трёхфазный асинхронный двигатель стал незаменимой составляющей современного промышленного производства.

Для плавного пуска и остановки такого оборудования требуется специальное устройство – преобразователь частоты. Особо актуально наличие преобразователя для крупных двигателей с большой мощностью. С помощью этого дополнительного устройства можно регулировать пусковые токи, то есть, контролировать и ограничивать их величину.

Принцип работы частотного преобразователя

Если регулировать пусковой ток исключительно механическим способом, не удастся избежать энергетических потерь и уменьшения срока службы оборудования. Показатели этого тока в пять-семь раз превышают номинальное напряжение, что недопустимо для нормальной работы оборудования.

Читать еще:  Что такое нагрузка двигателя матиз

Принцип работы современного преобразователя частоты подразумевает использование электронного управления. Они не только обеспечивают мягкий пуск, но и плавно регулируют работу привода, придерживаясь соотношения между напряжением и частотой строго по заданной формуле.

Основное преимущество устройства – экономия в потреблении электроэнергии, составляющая в среднем 50%. А также возможность регулировки с учётом потребностей конкретного производства.

Устройство функционирует по принципу двойного преобразования напряжения.

  1. Напряжение сети выпрямляется и фильтруется системой конденсаторов.
  2. Затем в работу вступает электронное управление – образуется ток с указанной (запрограммированной) частотой.

[attention type=yellow]На выходе выдаются прямоугольные импульсы, которые под воздействием обмотки статора двигателя (её индуктивности) становятся близкими к синусоиде.[/attention]

На что обратить внимание при выборе?

Производители делают упор на стоимость преобразователя. Поэтому многие опции доступны только у дорогих моделей. При выборе устройства следует определиться с основными требованиями для конкретного использования.

  • Управление может быть векторным или скалярным. Первое даёт возможность точной регулировки. Второе лишь поддерживает одно, заданное соотношение между частотой и напряжением на выходе и подходит только для простых приборов, вроде вентилятора.
  • Чем выше указанная мощность, тем универсальнее будет устройство — обеспечится взаимозаменяемость и упростится обслуживание оборудования.
  • Диапазон напряжения сети должен быть максимально широким, что обезопасит при перепадах его норм. Понижение не так опасно для устройства, как повышение. При последнем — вполне могут взорваться сетевые конденсаторы.
  • Частота должна полностью соответствовать потребностям производства. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости привода. Если нужен более широкий, потребуется векторное управление. На практике применяются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100Гц.
  • Управление осуществляется через различные входы и выходы. Чем их больше, тем лучше. Но большее количество разъёмов существенно увеличивает стоимость устройства и усложняет его настройку.

[attention type=green]Дискретные входы (выходы) используются для ввода команд управления и выхода сообщений о событиях (например, о перегреве), цифровые – для ввода сигналов цифровых датчиков (высокочастотных), аналоговые – для ввода сигналов обратной связи.[/attention]

  • Шина управления подключаемого оборудования должна совпадать с возможностями схемы частотного преобразователя асинхронного двигателя по количеству входов и выходов. Лучше иметь небольшой запас для модернизации.
  • Перегрузочные способности. Оптимален выбор устройства с мощностью на 15% больше мощности используемого двигателя. В любом случае нужно прочесть документацию. Производители указывают все основные параметры двигателя. Если важны пиковые нагрузки, следует выбрать преобразователь с показателем пикового тока на 10% больше указанного.
  • Сборка преобразователя частоты для асинхронного двигателя своими руками

    Собрать инвертор или преобразователь можно самостоятельно. В настоящее время в сети находится множество инструкций и схем такой сборки.

    Основная задача – получить «народную» модель. Дешёвую, надёжную и рассчитанную на бытовое применение. Для работы оборудования в промышленных масштабах, конечно, лучше отдать предпочтение устройствам, реализуемым магазинами.
    Порядок действий по сборке схемы частотного преобразователя для электродвигателя

    [attention type=red]Для работы с домашней проводкой, с напряжением 220В и одной фазой. Примерная мощность двигателя до 1кВт.[/attention]

    1. Обмотки двигателя соединяются треугольником.
    2. Для сборки частотного преобразователя для однофазного двигателя нужны: IR2135(IR2133) – драйвер трёхфазного моста, AT90SPWM3B – микроконтроллёр (используется как генератор PWM), программатор (например, AVReAl), шесть штук транзисторов IRG4BC30W, ЖКИ индикатор, шесть кнопок.
    3. Преобразователь состоит из двух плат. К первой крепится блок питания, драйвер. Также здесь размещаются транзисторы и силовые клеммы.
    4. На второй устанавливается микроконтроллёр и индикатор. Между собой платы объединяются гибким шлейфом.
    5. Импульсный блок питания своими руками собирается по стандартной схеме.
    6. Для управления двигателем не требуется внешнее управление током. Но можно установить микросхему дополнительно (IL300), создав линейную развязку.

  • Диодный мост вместе с транзисторами крепятся на общий радиатор.
  • Оптроны ОС2-4 используются для дублирования кнопок управления. ОС-1 предназначен для пользовательских функций (сигнализации и т.п.)
  • Трансформатор устанавливать на однофазный частотный преобразователь для электродвигателя не обязательно. Допустимо воспользоваться токовым шунтом, представляющим собой четыре витка манганинового провода с сечением 0,5 миллиметров на оправе 3 миллиметра. Усилитель DA-1 можно подключить к этому же шунту.
  • Двигателю на 400Вт не потребуется термодатчик. Для измерения напряжения сети может использоваться DA-1-2 (усилитель).
  • Кнопки изолируются пластмассовыми толкателями, для управления используется опторазвяка.
  • [attention type=yellow]На заметку. Длинные провода нужно снабдить помехоподавляющими кольцами.[/attention]

    Регулировка вращения ротора двигателя вмещается в диапазон частоты 1:40. Для малых частот необходимо фиксированное напряжение (IR компенсация).

    Подключение частотного преобразователя к электродвигателю

    Для однофазной проводки на 220В (использования в домашних условиях) подключение осуществляется по схеме «треугольник». Выходной ток не должен превышать 50% от номинального!

    Для трёхфазной проводки на 380В (промышленного использования) подключение двигателя к частотному преобразователю осуществляется по схеме «звезда».

    Преобразователь (или инвертор) имеет соответствующие клеммы, помеченные буквами.

    • R, S, T– сюда подключаются провода сети, очерёдность не имеет значения;
    • U , V , W – для включения асинхронного двигателя (если двигатель вращается в обратную сторону, нужно поменять местами любой из двух проводов на этих клеммах).
    • Отдельно предусмотрена клемма для заземления.

    Рекомендации по обслуживанию электрооборудования

    Для продления срока эксплуатации преобразователя необходимо соблюдать следующие правила:

    1. Регулярно очищать внутренности устройства от пыли (лучше выдувать её небольшим компрессором, так как пылесос с загрязнением не всегда справится – пыль уплотняется).
    2. Своевременно заменять узлы. Электролитические конденсаторы рассчитаны на пять лет, предохранители на десять лет эксплуатации. А вентиляторы охлаждения на два-три года использования. Внутренние шлейфы следует заменять раз в шесть лет.
    3. Контролировать внутреннюю температуру и напряжение на шине постоянного тока.

    [attention type=green]Повышение температур приводит к засыханию термопроводящей пасты и разрушению конденсаторов. На силовых компонентах привода её следует менять ни реже одного раза в три года.[/attention]

  • Придерживаться условий эксплуатации. Температура окружающей среды не должна превышать +40 градусов. Недопустима высокая влажность и запылённость воздуха.
  • Читать еще:  Что такое контрактный двигатель и его эксплуатация

    Управление асинхронным мотором (например, как подключить трёхфазный электродвигатель в сеть 220в) – довольно сложный процесс. Преобразователи, изготовленные кустарно, дешевле промышленных аналогов и вполне подходят для использования в бытовых целях. Однако для применения на производстве предпочтительнее установить инверторы, собранные в заводских условиях. Обслуживание таких дорогих моделей под силу только хорошо обученному техническому персоналу.

    Комментарии для подключения частотника к двигателю на видео

    Частотный преобразователь, принцип работы, советы при выборе.

    Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня вы узнаете, что такое частотный преобразователь для электродвигателя, так же рассмотрим его принцип работы и основные характеристики. Во всем мире с успехом реализуются принципы частотного управления асинхронным электроприводом. Способ предусматривает кроме значительной экономии электроэнергии, усовершенствованное управление работы агрегатов, и ведет к существенному энергосбережению.

    Частотный преобразователь часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.

    Виды частотных преобразователей

    Частотный преобразователь электронного типа — это устройство, состоящее из выпрямителя, преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры или транзисторы обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя.

    Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех EMC-фильтр.

    Принцип работы частотного преобразователя

    Использование частотных преобразователей повсеместно признано самым эффективным методом регулировки скорости вращения. Действие устройства заключается в формировании из значения выходного напряжения (U), характеризуемого постоянной частотой (F) и амплитудой (A), в напряжение с переменными параметрами. Это приводит к изменению величины частоты магнитного поля, изменяющего механическое вращение вала двигателя.

    Принимая во внимание, что момент нагрузки постоянен, сила тока зависит от нагрузки, соответственно, происходит изменение подаваемого на клеммы двигателя напряжения пропорционального частоте, это сохраняет неизменным поток намагничивания и постоянный крутящий момент, а также неизменное значение тока.

    Как следствие этих процессов, наблюдается постоянная корректировка скорости и вращающего момента в отношении рабочей нагрузки. Потери – минимальны, это достигается при помощи поддержания постоянного скольжения при любой скорости, для всех нагрузок.

    Преимущества способа частотного регулирования

    • Управление электродвигателем может осуществляться на значительном расстоянии в удобном для этого месте
    • Мягкий пуск и уменьшение затрат на техническое обслуживание устройства
    • Возможность увеличивать производительность с помощью регулирования скорости, в соответствии с требуемой производственной потребностью
    • Повышенный КПД преобразователя частоты до 97% асинхронной машины и до 95% повышает энергоэффективность за счет способа управления применяемого электродвигателя
    • Статический преобразователь применяется для переменного момента (невысокий крутящий момент, небольшие скорости) с уменьшенной величиной напряжения на клеммах присоединения к электродвигателю. Также, для использования в случае неизменного момента и мощности, в таком случае высокая эффективность достигается за счет плавного управления скоростью. Благодаря этим возможностям система может считаться универсальной
    • Обязательный контроль скорости способствует достижению оптимизации технологического процесса

    На что обратить внимание при выборе

    Производители делают упор на стоимость преобразователя. Поэтому многие опции доступны только у дорогих моделей. При выборе устройства следует определиться с основными требованиями для конкретного использования.

    • Управление может быть векторным или скалярным. Первое даёт возможность точной регулировки. Второе лишь поддерживает одно, заданное соотношение между частотой и напряжением на выходе и подходит только для простых приборов, вроде вентилятора
    • Чем выше указанная мощность, тем универсальнее будет устройство — обеспечится взаимозаменяемость и упростится обслуживание оборудования
    • Напряжение в отечественных сетях оставляет желать лучшего. То оно падает ниже 180 вольт, то взлетает выше 270 вольт. Поэтому диапазон напряжения сети должен быть максимально широким. Понижение не так опасно для устройства, как повышение. При последнем — вполне могут взорваться сетевые конденсаторы
    • Частота должна полностью соответствовать потребностям производства. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости привода. Если нужен более широкий, потребуется векторное управление. На практике применяются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100 Гц.
    • Управление осуществляется через различные входы и выходы. Чем их больше, тем лучше. Но большее количество разъёмов существенно увеличивает стоимость устройства и усложняет его настройку
    • Шина управления подключаемого оборудования должна совпадать с возможностями схемы частотного преобразователя асинхронного двигателя по количеству входов и выходов. Лучше иметь небольшой запас для модернизации
    • Перегрузочные способности. Оптимален выбор устройства с мощностью на 15% больше мощности используемого двигателя. В любом случае нужно прочесть документацию. Производители указывают все основные параметры двигателя. Если важны пиковые нагрузки, следует выбрать преобразователь с показателем пикового тока на 10% больше указанного

    Видео

    Подключение 3-х фазного двигателя в сеть 220 В с помощью частотника

    Ввод в эксплуатацию преобразователь частоты

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector