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

Частотники для асинхронных двигателей что это

Принцип работы частотника

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

В различных ситуациях может возникнуть необходимость преобразования частоты исходного тока в ток с напряжением регулируемой частоты. Это требуется, например, при работе асинхронных двигателей для изменения их скорости вращения.

Что такое частотный преобразователь

Частотный преобразователь (ПЧ) – это электротехническое устройство, которое преобразовывает и плавно регулирует однофазный или трехфазный переменный ток с частотой 50 Гц в аналогичный по типу ток с частотой от 1 до 800 Гц. Такие устройства широко применяются для управления работой различных электрических машин асинхронного типа, например, для изменения частоты их вращения. Также существуют аппараты для использования в промышленных высоковольтных сетях.

Простые преобразователи регулируют частоту и напряжение в соответствии с характеристикой V/f, сложные приборы используют векторное управление.

Частотный преобразователь является технически сложным устройством и состоит не только из преобразователя частоты, но и имеет защиту от перегрузок по току, от перенапряжения и короткого замыкания. Также такое оборудование может иметь дроссель для улучшения формы сигнала и фильтры для уменьшения различных электромагнитных помех. Различают электронные преобразователи, а также электромашинные устройства.

Принцип работы частотного преобразователя

Электронный преобразователь состоит из нескольких основных компонентов: выпрямителя, фильтра, микропроцессора и инвертора.

Выпрямитель имеет связку из диодов или тиристоров, которые выпрямляют исходный ток на входе в преобразователь. Диодные ПЧ характеризуются полным отсутствием пульсаций, являются недорогими, но при этом надежными приборами. Преобразователи на основе тиристоров создают возможность для протекания тока в обоих направлениях и позволяют возвращать электрическую энергию в сеть при торможении двигателя.

Фильтр используется в тиристорных устройствах для снижения или исключения пульсаций напряжения. Сглаживание производится с помощью ёмкостных или индуктивно-ёмкостных фильтров.

Микропроцессор – является управляющим и анализирующим звеном преобразователя. Он принимает и обрабатывает сигналы с датчиков, что позволяет регулировать выходной сигнал с преобразователя частоты встроенным ПИД-регулятором. Также данный компонент системы записывает и хранит данные о событиях, регистрирует и защищает аппарат от перегрузок, короткого замыкания, анализирует режим работы и отключает устройство при аварийной работе.

Инвертор напряжения и тока используется для управления электрическими машинами, то есть для плавного регулирования частоты тока. Такое устройство выдает на выходе «чистый синус», что позволяет использовать его во многих сферах промышленности.

Принцип работы электронного частотного преобразователя (инвертора) заключается в следующих этапах работы:

  1. Входной синусоидальный переменный однофазный или трехфазный ток выпрямляется диодным мостом или тиристорами;
  2. При помощи специальных фильтров (конденсаторов) происходит фильтрация сигнала для снижения или исключения пульсаций напряжения;
  3. Напряжение преобразуется в трехфазную волну с определенными параметрами с помощью микросхемы и транзисторного моста;
  4. На выходе из инвертора прямоугольные импульсы преобразовываются в синусоидальное напряжение с заданными параметрами.

Дополнительные функции и параметры

  • Выходная частота или диапазон ее изменения. Тут все понятно. Этим параметром описываются возможности изменения частоты на выходе.
  • Пределы регулирования напряжения. Вопросов тоже не возникает.
  • Тип преобразования частоты. Может быть векторным и скалярным. Скалярный используется в более простых моделях. Параметры отслеживаются по соотношению напряжения и частоты. Векторный тип преобразования частоты в ЧМ подстраивает работу так, чтобы по отношению к нагрузке, момент вращения был постоянным. Такой способ управления более сложный и надежный, используется в более дорогих моделях.
  • Наличие ПИД-регулятора. Удерживает давление, температуру и скорость в заданных пределах (выставляются при помощи ручки или программируются). Для связи с другими средствами управления должен иметь сигнальные выводы (аналоговые и/или цифровые).
  • Юстировка скорости. Помогает при смене или скачках питания стабилизировать работу двигателя.
  • Вид торможения. Обычно рекомендуют останавливать мотор на свободном выбеге — отключить питание и ждать пока остановится. Может применяться плавное торможение — постепенное снижение напряжения. Механическое торможение — когда скорость вращения вала тормозится за счет силы трения. Быстрее всего останавливается ротор при динамическом торможении. В этом случае на одну из фаз подается постоянное напряжение. Оно взаимодействует с ротором, останавливая его за короткий промежуток времени.
  • Количество выходов с различными частотами. Такой частотный преобразователь для электромотора может обслуживать сразу несколько двигателей с различной (фиксированной) скоростью вращения.

Кроме параметров и дополнительных возможностей, на работу влияет качество сборки. Естественно, лучше брать оборудование известных производителей. Хорошо себя зарекомендовали ABB, Siemens, Mitsubishi, Omron. Но их частотники дешевыми назвать нельзя. Если нужно сэкономить и внешний вид не так важен, обратите внимание на отечественных и белорусских производителей. Внешнее оформление, как водится, желает быть лучше, а характеристики и стабильность работы неплохие.

Особенности эксплуатации двигателей с частотными преобразователями

  • При работе на сниженных оборотах возможен перегрев двигателя. Это происходит за счет снижения скорости естественного обдува. Особенно заметен перегрев на скоростях, близких к номинальным. Для снижения температуры в таком случае желательно использовать дополнительный обдув.
  • При работе стандартного электромотора (на 50 Гц) на повышенных скоростях вращения, стоит учитывать состояние подшипников. Из-за возникающей более сильной вибрации они быстрее выходят из строя. Для нивелирования этого явления можно использовать виброгасящие подкладки. Кроме того, частоту надо выбирать так, чтобы не возникало резонанса. И учтите: на повышенных скоростях шуметь вентилятор электромотора будет больше.
  • При снижении частоты вращения вала, для нормальной работы необходимо пропорционально снижать нагрузку. Асинхронный двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент только на номинальной частоте вращения. Поэтому с уменьшением частоты, он падает.
  • Для длительной работы на сниженных оборотах используют электродвигатели со сниженной номинальной частотой — от 750 об/мин до 1500 об/мин. Второй вариант — двигатели с завышенной мощностью.
  • Если частотный преобразователь выбираете для погружного насоса, необходимо выбор делать не только по мощности, но и по току. У двигателей для этой категории насосов номинальный ток значительно выше. При большой длине кабеля от ПЧ до насоса, напряжение может значительно понижаться, что ведет к снижению скорости вращения вала электродвигателя. Чтобы падение было менее значительным, используют кабель с завышенным сечением проводников.

Сферы применения устройства

Преобразователь частоты – это специальное устройства, которое устанавливается на мощные электродвигатели. Их главное предназначение — изменение частоты поступающего тока. Как известно, ток, который поступает из розетки имеет частоту, она равна 50 Гц. Для того чтобы ускорить или наоборот замедлить двигатель, эту частоту можно изменять. Роль, которую играет частотник – изменение частоты тока.

Самый яркий пример — это стиральные машины, они имеются у каждого в доме, для ускорения частоты вращения барабана частотник электродвигателя увеличивает частоту тока, чтобы уменьшить количество оборотов, производится обратное действие. Также их используют для плавного запуска мощных двигателей: современные частотники, могут изменять колебание тока от 1-800 Герц.

Принцип работы частотника

В основе работы частотника лежит инвертор с двойным преобразованием.

Преобразователь работает по следующей схеме:

  • Вначале переменный синусоидальный ток (220-380 В), поступающий в инвертор выпрямляется. Для выпрямления используется диодный мост.
  • После ток поступает на группу конденсаторов, где он фильтруется и сглаживается.
  • Далее, мостовые ключи из биполярных транзисторов (IGBT, БТИЗ) и управляющие микросхемы принимают отфильтрованный ток и формируют из него трёх или однофазную широтно-импульсную модуляцию с требуемыми параметрами.
  • На выходе получается синусоидальный ток с уже изменёнными характеристиками, синусоидальность обеспечивается индуктивностью обмоток.

Применение в асинхронных двигателях

Асинхронные двигатели превосходят по мощности и производительности обычные электродвигатели, но при этом они обладают рядом недостатков. Основным из них является необходимость увеличения номинальной мощности при запуске в 5-7 раз, а также то, что для регулирования скорости вращения ротора необходимо использовать специальные устройства. Увеличение потребляемой мощности при запуске порождает скачки внутри сети и ударные импульсы, в свою очередь, это негативно влияет на срок службы любого асинхронного двигателя.

Для решения всех проблем сразу был разработан асинхронный преобразователь частоты. Их использование удобно тем, что работа частотника происходит в автоматическом режиме, и поэтому контроль за токами происходит постоянно. Это устройство уменьшает пусковые токи, тем самым не создавая перегрузок в сети и не нанося вред двигателю, также он позволяет регулировать частоту вращения ротора. Отпадает необходимость в использовании магнитного пускателя. Главные плюсы частотника:

  • экономия электроэнергии;
  • увеличение долговечности двигателя;
  • возможность регулирования работы двигателя;
  • обеспечивает обратную связь смежных приводов.
Читать еще:  Характеристики шагового двигателя пбмг 200 265

В действительности, это настоящий генератор трехфазного напряжения, при помощи которого можно добиться нужной величины и частоты.

Основные составляющие прибора

В состав любого частотника входит четыре главных модуля:

  • выпрямитель;
  • блок фильтрации напряжения;
  • инверторный узел;
  • система управления на базе микропроцессора.

Все эти модули соединены блоком управления, он контролирует системы и отвечает за работу выходного каскада, выдаваемого инвертором. Современные устройства подобного типа также обладают определёнными защитными узлами, которые защищают его от превышения тока и коротких замыканий. Также они оборудованы датчиками слежения за температурой и прочими системами, позволяющими отслеживать отклонения от нормы при его работе.

Несмотря на то, что частотник должен выпрямлять ток и держать постоянную его частоту, полностью сгладить пульсации он не может, это связано с переменной составляющей и непостоянством тока в самой сети. Для того, чтобы полностью убрать эти колебания, используются катушки индуктивности и конденсаторы. Их подключение и настройка происходит, как правило, в системе частотного преобразователя. Катушка сглаживает ток, благодаря своему реактивному сопротивлению, в свою очередь, конденсатор, пропуская через себя ток, выдаёт не переменное, а постоянное напряжение.

Частотники для асинхронных двигателей что это

механики подтвердили что да можно в 2 раза увеличить без проблем.
Да?

Двигатель 3000 на 100 Гц будет около 6000 об/мин. Болгарка столько крутит. Подшипники сколько проживут? А редуктор (не напрямую ведь двигатель подключен)?

Возникла необходимость увеличить производительность (скорость) конвейера, механики подтвердили что да можно в 2 раза увеличить без проблем.

Я думаю механики имели ввиду, что можно без проблем увеличить скорость именно конвейера, а не электродвигателя (во всяком случае за ЭД у нас отвечают электрики, а вот за конвейер уже механики). Конвейер то может быть и можно, а вот по двигателю читайте выше.

Мужики огромное спасибою В принципе понятно. Двигатель 3000 об/мин.
http://s5.postimage.org/u5o64e8kz/20150117_131531.jpg (http://postimage.org/image/u5o64e8kz/)
Механики естественно касательно конвейера дали добро на разгон только мехчасть. Крутануть конечно же попробуем. Всеравно редуктор спалим скорей всего, потому что редуктор червячный и сильно сомневаюсь что очень выдюжит повышенные обороты. Ну то не моя забота, просто главный механик решил выпендрится перед руководством, а потом всё началось, начали нас напрягать. Что либо объяснять бесполезно.

Еще такой вопрос.
Привезли машину Б/У, ну там куча всяких проблем, в том числе и по мехчасти.
В общем нужно запускать двигатель в режиме тяжелого пуска. Ток при запуске прыгает до 90А.
Двигатель 3кВт. После разгона двигатель выходит на свой режим и нормально крутится.
Поставили задачу переделать всю автоматику и если с контроллерами и прочьими заумностями проблем нет то с мотором есть.
На двигатель нацепили ПЧВ103-4К0-В. Привод не может раскрутить двигатель в режиме плавного разгона выдает ошибку «превышен предельный крутящий момент» код ошибки 12. Скорость пока не пробовали регулировать.
Как решить проблему?

Что либо объяснять бесполезно.

— а вот интересно . на Чернобыльской АЭС такая же ситуация была? :rolleyes:
Подумай, прежде чем руки запускать в оборудование, дружище, кому будешь объяснять — начальнику или прокурору? — Помощников намотать срок найдёшь легко — помощников смотать . вряд ли.

Крутите на любую частоту и не бойтесь за электричество, все — ОК! Ограничение существует в механической области — это подшипники. До 3000 об/мин нормально работают любые, при 5000 — 6000 оборотах обычные уже конкретно греются и могут клинить, поэтому замена на быстроходные, либо кратковременные выходы на данные скорости. Скорости 3000 — 4000 подсаживают ресурс в длительной переспективе. Да, и осторожнее с торможением — делать плавнее, ставить резисторы..

При тяжелых пусках — делайте разгон более плавным, смотрите (увеличивайте) настройку ограничения по току и по моменту (это разные параметры!) кроме того есть настройка допустимого времени перегрузки до срабатывания защиты. Обязательно точно указывайте параметры двигателя в настройках ПЧ и проводите автонастойку ПЧ на двигатель. Ни двигатель, ни ПЧ не выйдут из строя, возможна лишь тепловая интегральная перегрузка за счет плохого охлаждения и частых старт-стопов.

Векторные режимы — наше все! единственная причина не использовать вектор — это несколько двигателей включенных параллельно на один ПЧ. Есть правда еще одна — это когда производитель ПЧ сильно лукавит указывая наличие «векторного» режима для своих поделок, и называя «векторным» например, подъем момента в низких частотах.

Скорость регулировать нужно.
В том и проблема.
ПЧ — 4кВт двигатель — 3кВт.
С пускателей принципе двигатель запускается в допустимом режиме 7-8 Inom, на автоматическом выключателе стоит отсечка 10-12Inom, на нормальные обороты выходит за максимум 5-6 секунд. Запускается не часто.
Я в инструкции не нашел как регурилировать ток перегруза и время перегруза и ток отсечки.
Правильно ли я понимаю что скорость вращения ротора двигателя можно контролировать только энкодером. У нас есть привода которые могут контролировать скорость вращения ротора без энкодера, наверное не достаточно точно, но могут.

1. Для работы в «тяжелых» условиях ПЧ должен быть «больше» двигателя на следующий типоразмер(по мощности) , т.е для двигателя 3квт при тяжелых условиях надо брать ПЧ на 7.5 кВт. При этом надо настроить параметры двигателя правильно иначе ПЧ может движок «подпалить» , т.к настройки по умолчанию на макс.мощность.
2. Векторный режим для конвейера не нужен.
3. 100гц — крутится без нагрузки мотор будет , но. будет слышно , что ему не очень хорошо при этом . Занимался подобными экспериментами , уже при 80гц на реальной установке начинаются «проскальзывания» и «вибрация» железа электродвигателя . Поэтому 100гц — это так движок в холостую покрутить , посмотреть и. отказаться от этой затеи .

Выбор преобразователя частоты для привода переменного тока

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – самый простой и надежный тип оборудования, используемого в промышленных двигательных установках машин и механизмов. С появлением современных силовых полупроводниковых устройств, таких как IGBT-модули и GTO-тиристоры, были разработаны частотные преобразователи, которые позволяют регулировать скорость электродвигателей в широком диапазоне, одновременно контролируя силу на валу привода.

Принцип работы преобразователя частоты для асинхронного двигателя основан на зависимости скорости вращения и момента силы на валу двигателя переменного тока от частоты напряжения питания. Частотные регуляторы изменяют частоту поданного на электродвигатель напряжения, тем самым регулируя скорость вращения ротора и момент силы.

Структурная схема преобразователя частоты для асинхронных двигателей:

1 – управляемый или неуправляемый выпрямителе;
2 – емкостный фильтр;
3 – автономный инвертор;
4 – фильтр для сглаживания пульсаций тока;
АД – асинхронный двигатель.

Правильный выбор преобразователя частоты для асинхронного двигателя позволяет создать эффективную и надежную систему практически для любого типа машин, как для промышленного, так и для бытового применения.

Когда речь идет о мощности движка, подразумевается механическая мощность на валу. При подборе электродвигателя необходимо учитывать КПД и коэффициент мощности. Момент на валу генератора постоянного тока обычно представлен двумя составляющими:

  • статической: момент, затрачиваемый на преодоление сил сопротивления и трения в рабочем механизме;
  • динамической: момент, затрачиваемый на преодоление инерции маховых масс самого электропривода, присоединенной трансмиссии и рабочего механизма.

Существует довольно широкий класс промышленных механизмов, в которых момент на валу электродвигателя однозначно связан со скоростью вращения, а режимы пуска и торможения составляют незначительную часть рабочего цикла (центробежные насосы и вентиляторы, транспортеры, конвейеры, рольганги и т.п). В этих случаях тяговый преобразователь можно выбрать в соответствии с мощностью оборудования: номинальная мощность должна быть больше или равна мощности, потребляемой мотором через цепь питания.

Для регуляторов частоты, предназначенных для работы в составе транспортеров и конвейеров характерна перегрузочная способность до 150%, а в приводах вентиляторов и насосов – до 120%. С учетом этого, в некоторых случаях можно выбрать преобразователь на ступень ниже по мощности.

Из двух компонентов электропривода – частотник и электродвигатель – второй существенно «крепче» в электротехническом отношении. В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, например, при прямом пуске ток может достигать значения в 5…7 раз выше номинального, а в некоторых случаях – до 12. Если температура обмоток не превышает установленную, такой режим обходится без последствий. Частотный преобразователь обладает более скромными возможностями из-за ограничений силовых полупроводниковых приборов. В большинстве моделей допустимый предел перегрузки находится в диапазоне 120…200% по отношению к номинальному току. Поскольку ток двигателя напрямую определяет усилие на валу, очевидно, что динамические возможности привода будут определяться ограничением тока частотника. В этих случаях обязательна проверка механизма по предельному току при выполнении разгона максимальной интенсивности, или наоборот, возможность обеспечения времени разгона при предельном токе.

Читать еще:  Gdi двигатель при запуске двигателя

Если предельный ток превышает ток ограничения системы, или время разгона больше, чем требуемое, необходимо выбирать частотник, стоящий выше по шкале мощностей. Иногда производитель указывает допустимое время разгона при предельно допустимом токе – до 60 сек.

Схема асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (реверсивный пуск):

QF – автоматический выключатель;
KM1, KM2 – магнитный пускатель;
KK – тепловое реле;
FU1, FU2 – предоранитель;
SB2 – «реверс»;
SB3 – кнопка «стоп»;
SB1 – кнопка «пуск»;
M – электродвигатель.

Как выбрать преобразователь частоты для асинхронного двигателя? Правильный выбор оборудования невозможен без учета решений по режимам торможения:

  • Рекуперативное торможение с передачей энергии в электросеть.
  • Динамическое торможение с отводом энергии промежуточного звена частотника на дополнительное сопротивление.
  • Торможение противовключением. Обмотка привода подключена к постоянному напряжению; возникающий магнитный поток способствует появлению тормозного усилия, при этом энергия рассеивается на обмотках электродвигателя и в источнике постоянного напряжения.

После согласования значений напряжения, количества фаз и частоты питающей сети важно оценить диапазоны колебаний этих характеристик в реальных условиях эксплуатации. Значительные динамические нагрузки приводят к сильным колебаниям напряжения питания. Это можно оценить, зная реактивное сопротивление питающей сети или, по крайней мере, частичного комплексного электрического сопротивления, вносимого питающим трансформатором и подводящими кабелями. Ситуация усугубляется, когда для частотного преобразователя требуется сетевой дроссель. Падение напряжения питания частотника при максимальных нагрузках должно оставаться в допустимых пределах. В противном случае необходимо определить: позволяют ли функциональные возможности регулятора сохранить работоспособность оборудования при провале питающего напряжения.

Главный вопрос подбора частотника по этим критериям – выбор метода управления. Различают 4 метода управления:

  • Скалярный метод: подходит для электроприводов с известной взаимозависимостью момента электродвигателя и частоты вращения. При этом диапазон регулирования должен быть невелик, минимальная частота 5…10 Гц.
  • Скалярный метод управления с обратной связью по вращающему моменту. Применяется для точного поддержания и регулирования оборотов механизма. И здесь необходимо знать точную взаимозависимость нагрузки и скорости. Обычно в режиме скалярного управления реализуется определенного вида соотношение U/f (питающее напряжение к частоте питающего напряжения).
  • Векторный метод управления. Применяется в случаях, когда взаимозависимость момента и скорости не известна, случайна или аналитически не выражается. Но при этом необходимо поддерживать заданное значение момента нагрузки при широком диапазоне регулирования периода вращения.
  • Векторный метод управления с обратной связью по скорости. Применяется в механизмах со сложным характером нагрузки при необходимости поддерживать и момент, и скорость в широком диапазоне и с высокой точностью. Возможность реализации векторного метода управления подразумевает присутствие в составе системы относительно мощного процессора, способного в течение нескольких десятков миллисекунд произвести полный пересчет всего вектора параметров привода. В качестве датчика скорости обычно применяется инкрементальный энкодер, не всегда присутствующий в базовой комплектации.

Выпускаемые модели частотных регуляторов обладают богатым набором защитных функций, незначительно отличающимся у отдельных моделей. Поэтому подбор по защитным функциям важнее проводить с точки зрения наличия возможностей, обеспечивающих сохранение работоспособности электропривода в аварийном режиме. Необходимо установить, каковы действия оборудования после срабатывания защитных функций:

  • Каким образом будет тормозиться рабочий механизм после отключения частотника. Торможение «на выбеге» не всегда приемлемо по соображениям безопасности.
  • Возможно ли сохранение работы привода с пропорциональным изменением скорости или автоматический перезапуск (например, при отключении сети питания), «подхват» вращающегося двигателя в установках, обладающих эффектом «ветряной мельницы», или двигающегося по инерции (при восстановлении питания) и т.п.

Если имеющиеся функциональные возможности обеспечивают сохранение работоспособности мотора или даже обеспечивают приемлемый режим его работы, то можно считать, что вопрос выбора оборудования по критериям защитных функций решен.

Место установки и эксплуатации частотного регулятора должно полностью удовлетворять паспортным требованиям по температурному диапазону, влажности, высоте положения, условиям вибрации и запыленности, степени защиты по IP. Однако есть один неочевидный момент, влияющий на выбор частотного преобразователя для асинхронного двигателя при конкретных условиях размещения. Существенным является расстояние удаленности тягового преобразователя от электродвигателя. При превышении определенного расстояния, зависящего от модели частотника, типа кабеля, тока и др., необходима установка специального моторного дросселя. Появление этого элемента снижает эффективные характеристики привода. В качестве альтернативы возможен переход к другой модели частотного преобразователя.

Хотите сохранить
эту статью? Скачайте
её в формате PDF
Остались вопросы?
Обсудите эту статью
на нашей странице В Контакте
Хочешь читать статьи
первым, подписывайся на
наш канал в Яндекс.Дзен

Рекомендуем прочитать также:

Управление несколькими двигателями одним преобразователем частот.

Управление преобразователем частоты с помощью панели оператора.

Управление шнековым питателем в аварийном режиме.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2 — скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора
Читать еще:  Man tga эл схема управления двигателем

Достоинства тиристорных регуляторов:

      • низкая стоимость
      • малая масса и размеры

Недостатки:

      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

        • ограниченное управление частотой
        • высокая стоимость

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Рекомендации по выбору преобразователей частоты для управления асинхронными электродвигателями

Для обеспечения надёжной и долговременной эксплуатации преобразователя частоты необходимо правильно подбирать оборудование.

Исходная информация: тип нагрузки, номинальный ток двигателя, напряжение питания, условия окружающей среды, требования по ЭМС, необходимость быстрого торможения, точность поддержания скорости/момента, способ управления преобразователем.

Результат: тип преобразователя частоты, например, VACON NXS 00455 F2H1 SSS A1A2000000.

1. Выбор типа нагрузки.

Наиболее распространены 2 типа нагрузок:

  • с постоянным нагрузочным моментом («ПМ») в рабочем диапазоне скоростей (конвейеры, лифты, экструдеры и т.п.). Для данного типа нагрузки характерны перегрузки до 10. 50%.
  • с квадратичным нагрузочным моментом («КМ») в рабочем диапазоне скоростей (насосы, вентиляторы, лопастные компрессоры). Для данного типа агрегатов характерны перегрузки не более 10%. Благодаря тому, что в агрегатах с квадратичным нагрузочным моментом не бывает перегрузок, на данные агрегаты допускается установка ПЧ более низкого типономинала.

2. Определение номинального тока двигателя и напряжения питания.

Информация содержится на шильдике двигателя.

3. Выбор мощности преобразователя частоты.

Сначала определяется номинальный выходной ток ПЧ. Он должен быть равен, либо может превышать номинальный ток двигателя. В случае, если преобразователь частоты рассчитан для асинхронного двигателя, эксплуатируемого многие годы, то рекомендуется выбирать ПЧ с заведомо завышенным выходным током.

4. Условия окружающей среды.

Наличие пыли и влажность определяют степень защиты (IP) преобразователя:

  • IP00
  • IP20
  • IP21
  • IP54

В случае эксплуатации преобразователей частоты в условиях повышенной влажности и агрессивной среды, для дополнительной защиты привода компания Vacon рекомендует применять лакированные платы.

5. Требования по электромагнитной совместимости (ЭМС).

Все преобразователи частоты компании Vacon изготавливаются со встроенным фильтром ЭМС, что позволяет соответствовать всем мировым и российским требованиям и стандартам по электромагнитной совместимости для промышленного применения.

6. Необходимость быстрого торможения.

Определяется наличием или отсутствием тормозного прерывателя и тормозного резистора. Для снижения скорости вращения электродвигателя до нуля используются три способа: торможение самовыбегом, сброс энергии на тормозной резистор и возврат энергии торможения в сеть (рекуперация).

Для того, чтобы осуществить торможение более быстрым способом, понадобится тормозной модуль («чоппер») и тормозной резистор, на котором сбрасывается энергия. Тормозной модуль может быть уже встроен в ПЧ или поставляется отдельно.

  • 7. Точность поддержания скорости/момента.

Определяется типом модуля управления ПЧ:

  • для стандартных применений могут быть использованы преобразователи частоты серий VACON 10, VACON 20, NX(RV)L и NX(RV)S
  • для насосно — вентиляторных применений специальный привод премиум класса VACON 100 HVAC.
  • для увеличения точности поддержания момента и скорости на валу двигателя в реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.
  • для высокоточных применений (станки, краны, упаковочные линии и т.п.) используется преобразователь частоты серии NX(RV)P с датчиком обратной связи по скорости.

8. Способ управления двигателем.

Определяется типом и количеством интерфейсных плат преобразователя.

Современные преобразователи могут работать в режимах «внешнего управления», когда преобразователь управляется внешними сигналами, «управления с пульта», «комбинированного управления» и «управления по последовательному интерфейсу». В современной технике наиболее распространены два управляющих (задающих) сигнала: и

Преобразователь частоты сам способен управлять скоростью вращения. Для этого в ПЧ встроен ПИД-регулятор, а также существует возможность подключения датчика обратной связи какого-либо технологического параметра.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector