Преобразователем частоты именуют статическую преобразовательную конструкцию, используемую с целью регуляции скорости вращения асинхронного электрического двигателя. Устройства данного типа, работающие на переменном токе, гораздо проще сконструированы, и их легче эксплуатировать в сравнении с двигателями, использующими постоянный ток. Это способствует популяризации асинхронного электродвигателя.
Преобразователь частоты обеспечивает плавность пуска и остановки электрического двигателя. Наиболее уместно его использование для крупного электродвигателя с большой мощностью.
Кроме частотного преобразователя для регуляции вращательной скорости могут применяться: механические вариаторы, гидравлические муфты и т. д. Однако, такие компоненты имеют ряд недостатков:
Частотный преобразователь для электродвигателя, регулирующий уровень напряжения питающего тока и его частоту, по данным пунктам явно отличается в лучшую сторону. Как результат, КПД преобразования стремится к ста процентам при достаточно низкой угрозе поломок.
Согласно типу питающего напряжения необходимого для работы частотного преобразователя, существуют устройства следующих групп:
Преобразователь может быть подключён к электродвигателям следующих типов:
Существует несколько сфер использования частотного преобразователя:
Также существуют взрывозащищённые преобразователи, ориентированные на тяжёлые условия эксплуатации, и децентрализованные модели, которые устанавливаются прямо на базе асинхронного электродвигателя.
Типичная схема, свойственная частотному преобразователю, основана на построении двойного преобразования. Это означает, что устройство состоит из:
Первый компонент отвечает за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное. После неуправляемого выпрямителя движения тока происходит через транзисторные ключи, обеспечивающие подключение обмотки асинхронного двигателя к положительным и отрицательным выводам звена постоянного тока. Эти транзисторы вместе называются силовым импульсным инвентором. Трёхфазный инвентор, состоящий из шести, осуществляет преобразование выпрямленного напряжения соответственно в трёхфазное переменное значение необходимой частоты и амплитуды, передаваемое на обмотку статора электрического двигателя.
Для компоновки импульсного инвентора предпочтительно использование IGBT-транзисторов (биполярные, имеют затвор), поскольку они являются обладателями достаточно высокой частоты переключения. Это позволяет формировать на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями.
Регуляция пускового тока может осуществляться вручную, но это увеличивает затраты электропотребления и снижает срок эксплуатации асинхронного двигателя. Обычно без преобразователя напряжения показания до семи раз превышают значение номинала. Определённо, это не самые лучшие условия для эксплуатации.
Принцип работы преобразователей частоты связан со спецификой действия асинхронного электродвигателя. У двигателя подобного вида наблюдается зависимость между вращательной частотой магнитного поля и частотой напряжения питающего тока. В данном моменте и заключается смысл методики частотного управления. Изменяемая преобразователем входная частота напряжения отвечает за регуляцию частоты вращения. Таким образом, диапазон значений выходного напряжения весьма широк.
По принципу работы силового элемента частотные преобразователи можно отнести к следующим категориям:
Частотники второго типа появились гораздо раньше, в них силовой компонент представлен управляемым выпрямителем, сконструированным из тиристоров. Формирование выходного сигнала происходит при поочерёдном отпирании тиристоров управляющим узлом. На сегодняшний день такие приборы потеряли свою актуальность.
Что касается частотного преобразователя первого типа, то он примечателен тем, что его можно запитать через внешнее звено постоянного тока. Сам частотник при этом защищается предохранителем быстрого действия. Однако, это делает нежелательным применение контакторов, поскольку данная разновидность коммутации провоцирует возникновение повышенного зарядного тока и выгорание предохранителей.
Работа частотного преобразователя связана с принципом двойного преобразования напряжения:
Существует диада основных принципов регуляции частотных преобразователей:
Преобразователи частоты управляемые по данному принципу имеют низкую себестоимость. Часто применяются в приводах устройств, где степень частоты вращения может регулироваться в соотношении 1:40. Это позволяет адекватно управлять работой насосов, компрессоров, вентиляторов. К тому скалярный метод позволяет осуществлять регуляцию работы сразу нескольких электродвигателей.
Имеют максимальное совпадение характеристик асинхронных электроприводов с параметрами приводов ПТ. Этому способствует разделение регуляционных каналов, связанных с потокосцеплением и вращательной скоростью асинхронного двигателя. Частотники, работающие в рамках данной системы управления, более дорогие по цене и применяются в устройствах требующих высокоточного регулирования скорости: станках, лифтах, кранах.
Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость действия следующих механизмов:
Наиболее очевидна польза частотных преобразователей с точки зрения экономии:
Как итог, частотный преобразователь отвечает за эффективность и продуктивность функционирования механизмов.
Основным значимым параметром, при выборе той или иной модели преобразователя частоты, на сегодняшний день является именно его стоимость. Это обусловлено тем, что только для дорогого устройства характерна максимальная функциональность. Но это не отменяет наличие специфических требований в зависимости от того, для механизма какой категории подбирается преобразователь, поэтому необходимо учитывать:
Обязательно также обратить внимание на значение мощности асинхронного электрического двигателя, с которым будет взаимодействовать преобразователь частоты. Если один из параметров (например: величина пускового момента, затрачиваемое на разгон или торможение время) должен соответствовать каким-то особым требованиям, то нужно выбрать устройство более высокого класса, чем потенциально подходящее.
Чтобы механизм адекватно функционировал, сеть должна обладать весьма широкой вариацией значений напряжения. Это снижает риск поломки устройства при резких скачках.
Частота должна соответствовать производственным запросам. Нижний предел этого параметра позволяет ориентироваться в спектре возможностей регулирования скорости привода. В случае, если требуется расширить частотный диапазон относительно уже имеющегося, то необходимо подобрать модель частотного преобразователя, принцип работы которой относится к векторному типу.
Однако, стандартный рабочий диапазон составляет 10-60 Герц и лишь иногда доходит до 100 Герц.
Далее следует обратить внимание на входы и выходы управления. Процесс применения устройств с достаточно большим количеством разъёмов гораздо более удобен. Но и стоимость от этого возрастает, кроме того, затрудняется настройка. Подобные приборы могут быть оснащены дискретными, цифровыми или аналоговыми разъёмами.
Использование дискретного разъёма позволяет вводить управляющие команды и выводить информацию о течении процесса. Цифровой разъём обеспечивает введение сигналов, подаваемых цифровыми датчиками. Аналоговый разъём предназначен для введения сигнала обеспечивающего обратную связь.
Также следует проверять соответствие характеристик шины управления и возможностей преобразователя. В первую очередь это можно понять по соответствию числа разъёмов. По возможности их должно быть даже больше, чем требуется, чтобы имелся простор для модернизирования.
Если говорить о перегрузочных способностях, то следует предпочесть модели, которые имеют уровень мощности на 15% превышающий данные по мощности у двигателя.
В любом случае всегда нужно как следует изучать прилагающуюся к частотнику документацию. Там можно найти все требуемые сведения о параметрах и характеристиках.
Следующая последовательность подойдёт для проводки, функционирующей с уровнем напряжения в 220 вольт и на одной фазе. Схема рассчитана на двигатель уровнем мощности не более 1 кВт.
В первую очередь осуществляется соединение обмоток двигателя по принципу «треугольник».
В качестве фундамента преобразователя используется пара плат. Одна из них необходима для блока питания и драйвера. Также туда будут относиться транзисторы и силовые клеммы. Другую плату применяют, чтобы закрепить микроконтроллер и индикатор. Между собой платы контактируют посредством гибкого шлейфа.
Для моделирования импульсного блока питания понадобится стандартная схема, которую можно обнаружить в сети.
Для контроля работы двигателя и напряжения не нужно влиять на ток извне. Тем не менее вполне уместно ввести в устройство линейную развязку с микросхемой.
На общем радиаторе устройства фиксируются транзисторы и диодный мост.
Обязательно потребуются оптроны ОС2-4, которые используются для дублирования кнопок управления. А с помощью ОС-1 выполняются пользовательские функции.
Однофазный преобразователь частоты не нуждается в трансформаторе. В качестве альтернативы воспользоваться токовым шунтом, который при необходимости дополняется при помощи усилителя DA-1.
При мощности до 400 ватт схема для стабильной работы двигателя не требует установки термодатчика. Уровень сетевого напряжения вполне можно контролировать усилителем DA-1-2.
Для управляющих кнопок необходима защита в виде пластиковых толкателей. Сам процесс управления построен на опторазвязке.
При применении проводов чрезмерной длины, используются помехоподавляющие кольца.
Подключение преобразователя возможно только при соблюдении рекомендованной изготовителем комплектации устройства:
К дополнительному оборудованию можно отнести:
Не рекомендовано занижение номинала автоматического выключателя. Даже минимальное несоответствие может привести к хаотичному размыканию цепи, что зачастую сводит ситуацию к тому, что звено постоянного тока выходит из строя, и схема оказывается нарушена. Следует обращать внимание на то, чтобы наконечники проводов были хорошо обжаты.
Зачастую при самостоятельной установке входная и выходная клеммы оказываются перепутаны (хотя общепонятную маркировку преобразователя вполне можно увидеть). Поэтому нужно знать, схема формируется таким образом, что клеммы L1, L2, L3 используются для соединения с питающей сетью, а U, V, W — предназначаются для электродвигателя. Если не соблюсти этого правила, скорее всего придётся всё ремонтировать.
Также, поломка гарантирована, если на входы управляющего элемента осуществляется подача напряжения на 220 и 380 вольт.
Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:
chistotnik.ru
Трехфазные асинхронные двигатели уже долгое время используются в промышленности и других сферах жизни и деятельности людей. Среди всех этапов рабочего процесса, более всего уделяется внимание обеспечению плавного пуска и торможения агрегата. Для того чтобы выполнить это условие, необходимо использовать – частотник для трехфазного электродвигателя. Кроме своего основного названия – частотный преобразователь известен также, как инвертор, частотно регулируемый привод или преобразователь частоты переменного тока.
Основной функцией частотного преобразователя является регулировка скорости вращения асинхронных двигателей, с помощью которых электрическая энергия преобразуется в механическую. Первоначальное движение трансформируется в другие типы движений, необходимые для выполнения конкретной технологической операции. Использование частотных преобразователей позволяет довести коэффициент полезного действия электродвигателя до 98%.
Частотный преобразователь регулирует скорость вращения трехфазных электрических двигателей асинхронного типа. Вращение, полученное под действием электроэнергии, превращается в механическое движение с помощью специальных приводных устройств. Регулировка скорости вращения может осуществляться и другими устройствами. Однако все они обладают серьезными недостатками в виде высокой стоимости, сложной конструкции и низкого качества. Кроме того, диапазон регулировок подобных приспособлений совершенно недостаточный для нормальной работы.
Все эти проблемы эффективно решаются с помощью частотного преобразователя. Этот аппарат помимо обеспечения плавного пуска и остановки, контролирует и другие процессы, происходящие в двигателе. Использование частотника сократило до минимума риск возникновения неисправностей и аварийных ситуаций. Быстродействие и плавную регулировку обеспечивает специально разработанная схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя. В результате ее применения существенно возросла продолжительность непрерывной работы электродвигателя, удалось добиться значительной экономии электроэнергии и увеличения КПД.
За счет чего же становится возможным управлять скоростью вращения электродвигателя? Прежде всего в частотном преобразователе изменяется напряжение, поступающее из сети. Далее, из него формируется уже нормальное трехфазное напряжение с нужной амплитудой и частотой, которое и потребляет электродвигатель. Регулировка скоростей осуществляется в достаточно широком диапазоне. В случае необходимости частотник позволяет переключить вращение ротора на противоположное направление. Все регулировки должны выполняться с учетом паспортных данных агрегата, с учетом максимально допустимых оборотов и установленной мощности.
Общее устройство частотного преобразователя представлено на схеме. В конструкцию аппарата входят три составные части:
Основная классификация частотников осуществляется в зависимости от вида управления скоростью вращения. Существует два основных режима:
Подключение частотных преобразователей особенно актуально для частных владельцев оборудования с асинхронными двигателями. Предварительно рекомендуется установить автоматический выключатель, который обесточит сеть при возможном коротком замыкании в одной из фаз.
В схемах частотники для асинхронных двигателей подключаются к электродвигателям двумя способами – «треугольником» и «звездой». Первая схема применяется для однофазных регулируемых приводов, без потери мощности. Такие частотники обладают максимальной мощностью 3 кВт и предназначены в основном для эксплуатации в бытовых условиях. Схема «звезда» используется там, где имеются трехфазные промышленные сети.
С целью ограничения пускового тока и уменьшения пускового момента, запуск двигателей, мощностью свыше 5 кВт осуществляется по смешанной схеме «звезда-треугольник». «Звезда» используется в момент запуска, когда напряжение подается на статор. После того как двигатель достигнет номинальной скорости, подача питания переключается на другую схему – «треугольник». Данный способ применяется не везде, а только там, где имеется возможность подключения сразу обеих схем.
Подключение пульта осуществляется в соответствии со схемой, прилагаемой к частотному преобразователю. Перед началом монтажа и до подачи питания управляющий рычаг должен находиться в положении ВЫКЛЮЧЕНО. Когда рычаг переводится в положение ВКЛЮЧЕНО, это действие подтверждается световым индикатором. Во многих моделях запуск по умолчанию осуществляется путем нажатия на кнопку RUN. Постепенное наращивание оборотов электродвигателя производится медленным поворотом рукоятки пульта. По достижении необходимой скорости, рукоятка фиксируется в этом положении. Для переключения режима на обратное вращение существует кнопка реверса.
В последнее время широкое распространение в быту получили асинхронные электродвигатели малой мощности, используемые в приводах различных устройств. Поэтому чтобы не приобретать к ним дорогостоящее дополнительное оборудование, многие домашние мастера обеспечивают частотное регулирование электродвигателей путем изготовления преобразователей своими руками. Таким образом, достигается экономия электроэнергии с сохранением мощности двигателя.
Домашняя однофазная сеть позволяет подключать электродвигатель, мощность которого не превышает 1 кВт. Именно для таких агрегатов в основном и изготавливаются самодельные частотники. Нужно заранее продумать схему подключения треугольников, предназначенную для однофазной сети. С этой целью выводы обмоток последовательно соединяются между собой, по принципу подключения вывода одной обмотки к вводу другой. Также рекомендуется, чтобы схема частотного преобразователя, собираемого собственноручно, была составлена заранее.
Перед началом конструирования нужно подготовить все необходимые элементы и материалы. Можно воспользоваться любым микроконтроллером – аналогом модели АТ90РWМ3В и драйвером трехфазного моста, аналогичного модели IR2135. Кроме того, нужно запастись 6 транзисторами типа IRG4BC30W, 6 кнопками и индикатором. Все детали располагаются на двух платах, соединяемых между собой гибким шлейфом.
Конструкция частотного преобразователя дополняется импульсным блоком питания. Эту деталь можно приобрести в готовом виде или собрать своими руками по отдельной схеме. Контроль над работой двигателя осуществляется с помощью внешнего управляющего тока или микросхемы IL300, имеющей линейную развязку. Для монтажа транзисторов и диодного моста используется общий радиатор. Управляющие кнопки дублируются оптронами ОС2-4.
Если электродвигатель обладает небольшой мощностью, то устанавливать трансформатор на однофазный частотный преобразователь необязательно. Вместо него можно использовать токовый шунт, в котором провода имеют сечение 0,5 мм. К нему же подключается и усилитель DA-1, выполняющий дополнительную функцию измерения напряжения.
Выполнение обязательных рекомендаций способствует значительному увеличению сроков эксплуатации частотных преобразователей.
Асинхронные двигатели обладают многими преимуществами по сравнению с устройствами постоянного тока. Они отличаются простотой конструкции и высокой надежностью. Поэтому для бытовых и промышленных целей чаще всего выбираются асинхронные агрегаты.
В настоящее время многие пользователи отказываются от механического управления током в процессе эксплуатации двигателей. Такой способ не гарантирует надлежащее качество работы оборудования. Вместо него уже давно используются частотные преобразователи. Электронное управление позволяет существенно сократить потребление электроэнергии, сохраняя при этом собственную мощность двигателя.
Эксплуатировать частотные преобразователи следует в соответствии с техническими характеристиками, отраженными в документации оборудования. Самодельные устройства рекомендуется использовать только в бытовых условиях, а на производстве применять аппаратуру заводского изготовления. Ремонт и обслуживание преобразователей должны выполнять только квалифицированные специалисты.
electric-220.ru
Экология познания.Наука и техника: Асинхронные двигатели применяются сегодня достаточно широко, а современные частотные преобразователи призваны сделать их работу более эффективной, устойчивой и безопасной.
Асинхронные двигатели применяются сегодня достаточно широко, а современные частотные преобразователи призваны сделать их работу более эффективной, устойчивой и безопасной. В каждом конкретном случае режим работы асинхронного двигателя свой, и особенности этих режимов отличаются, в связи с этим полезно оптимизировать параметры питания двигателей, чему и способствует применение частотных преобразователей.
При выборе частотного преобразователя для конкретной цели, необходимо учесть ряд рабочих параметров: мощность электродвигателя, его тип, диапазон регулировки скорости и точность этой регулировки, точность поддержания момента на валу. Это первостепенные параметры для выбора. Дополнительно стоит обратить внимание на габариты и форму устройства, а также на расположение элементов управления, будет ли оно удобным в вашей ситуации.
Частотные преобразователи бывают однофазными или трехфазными. И даже если на вход подается всего одна фаза, на выходе может быть как одна, так и три фазы. Обязательно обратите на это внимание при выборе частотного преобразователя.
Что касается мощности асинхронного двигателя, то она связана с максимальным потребляемым током, на который и следует ориентироваться. Если при старте двигателя требуется получить значительный пусковой момент на валу, то в этом случае и ток нужен больший, значит, имеет смысл выбрать частотный преобразователь на большее значение тока. Быстрый разгон и резкое торможение напрямую связано с током, если преобразователь в состоянии дать необходимый ток, значит, по этому параметру он вам подходит.
Для специальных двигателей, как то: погружные насосы, синхронные двигатели, с втяжным ротором, высокоскоростные, - максимальный ток частотного преобразователь должен быть лишь немного выше номинального тока двигателя.
Когда параметры нагрузки заранее известны и не меняются при постоянной частоте (например это могут быть вентиляторы, насосы, компрессоры, то есть те механизмы, которые отвечают за поддержание определенного состояния технологического процесса), то есть момент зависит непосредственно от частоты, применяют скалярный метод частотного регулирования с диапазоном от 5 до 50 Гц и выше.
К примеру, компрессор должен поддерживать определенное давление, и датчик давления, отслеживая текущее состояние в текущем режиме, дает сигнал на изменение оборотов, - обороты компрессора меняются, следовательно, меняется и нагрузка, эту возможность дает опция обратной связи.
Для более точного управления, когда требуется поддерживать постоянный момент или скорость даже на низких частотах, применяют частотные преобразователи с векторным регулированием. Они могут поддерживать скорость постоянной даже при резко меняющейся нагрузке, и это уже более сложное управление.
В основном частотные преобразователи с векторным управлением подходят для приведения в действие конвейеров, лифтов, транспортеров, строительной техники, прессов, станков, и другого оборудования, требующего постоянной скорости при переменной нагрузке. Могут такие преобразователи поддерживать и постоянный момент при меняющейся скорости.
Преобразователь с векторным управлением требует настройки, то есть ввода паспортных данных подключенного двигателя. В процессе работы происходит автоматическое регулирование на основе текущей информации о токе, напряжении и частоте. Векторный метод регулирования позволяет снизить реактивный ток двигателя до оптимального путем соответствующего понижения или повышения напряжения на двигателе.
Частотные преобразователи с обратной связью по скорости позволяют прецизионно регулировать скорость, когда нагрузка при одной и той же частоте может меняться, и момент вообще не связан напрямую со скоростью. У таких преобразователей возможна и регулировка скорости в широком диапазоне при моментах близких к номиналу.
К дополнительным опциям частотных преобразователей можно отнести возможность подключения по протоколам MODBUS, PROFIBUS, CANOPEN, а также управление посредством Bluetooth. Встречаются частотные преобразователи с выносным потенциометром, с возможностью управления с компьютера, и с функцией сохранения настроек.опубликовано econet.ru
econet.ru
Нюансы выбора частотного преобразователя:
Условия эксплуатации устройства являются существенным фактором, влияющим на сроки эксплуатации электродвигателя. Поэтому, выбирая преобразователь частоты, нужно обратить внимание на такие факторы:
Все характеристики взаимосвязаны между собой. Так, нагрузка имеет несколько типов и связана с такими характеристиками, как скорость, момент и пусковой момент. Она бывает:
Скорости вращения и момента связаны со скоростью, моментом и параметрами времени, они зависят от следующих характеристик:
Характер нагрузки зависит от таких показателей, как:
Прежде, чем выбрать преобразователь частоты выполняют выбор и расчет преобразователя частоты для электродвигателя. Обязательно обращают внимание на продолжительность скоростных режимов, в том числе и на повторно-кратковременный режим. Необходимо принимать во внимание мгновенную величину максимального тока и на длительность постоянного тока на выходе с преобразователя.
Важно учитывать максимальную и номинальную частоту. Принимается во внимание мощность или импендас силового распределительного трансформатора вместе с проводами линии электропередач или кабельной линией. Источник питания влияет на работу частотника и насосной установки, длина питающей линии оказывает влияние на потери напряжения. Учитываются возможные скачки напряжения, возможный перекос фаз при неравномерной нагрузке, влияющий на фазный дисбаланс.
Учитываются такие факторы, как механическое трение, потери в проводнике и изменение рабочего цикла.
Важно произвести правильный расчет преобразователя частоты и совмещение его с насосной установкой. Расчет будет влиять на правильный выбор преобразователя. От этого зависит его эффективность и долговечность использования, как самого преобразователя, так и электропривода (насосной установки) полностью.
Перед тем, как выбрать частотный преобразователь,проверяют электрическую совместимость с двигателем и нагрузочной способностью (мощностью).
Рис. №1. Структурная схема работы системы насосных агрегатов от преобразователя частоты VFD.
При работе преобразователя частоты с одним двигателем выбор проводят в зависимости от паспортных характеристик. При выборе учитываются такие показатели, как:
Важно: потребляемый двигателем ток должен быть меньше номинального тока преобразователя частоты, приведенного в спецификации.
Время разгона двигателя при пусковом токе 150% составляет 120% для преобразователей, специализирующихся в насосных агрегатах, от номинального ПЧ обычно не должно превышать 60сек.
Рис. №2. Формула расчета полной пусковой мощности.
Ток потребления двигателем от преобразователя при сетевом напряжении 220/380В рассчитывают по формуле:
Рис. №3. Расчет механических характеристик двигателя.
Важно: Руководствуясь требованием, как правильно выбрать преобразователь частоты по токовым характеристикам, требуется соответствие ПЧ всем нормам и требованиям, но нормами по мощности разрешается пренебречь.
Рис. №4. Таблица неравенств, которые необходимо соблюдать при выборе ПЧ для работы одного частотника с несколькими двигателями.
Рис.№5. Преимущества выбора частотного преобразователя
К достоинствам частотного преобразователя относятся несколько важных качеств:
Недостатки векторных частотных преобразователей:
chistotnik.ru
Ротор электродвигателя начинает свое вращение с помощью электромагнитных сил от вращающегося магнитного поля, вызванного обмоткой якоря. Число оборотов определяется частотой тока в сети. Стандартное значение частоты тока составляет 50 герц. Это означает, что 50 периодов колебаний совершается за 1 секунду. В минуту число колебаний составит 50 х 60 = 3000. Значит, ротор будет вращаться 3000 оборотов в минуту.
Если научиться изменять частоту тока, то появится возможность регулировки скорости двигателя. Именно по этому принципу действуют частотные преобразователи.
Современное исполнение преобразователей частоты выглядит в виде высокотехнологичного устройства, состоящего из полупроводниковых приборов, совместно с микроконтроллером электронной системы. С помощью этой системы управления изменяются важные параметры электродвигателя, например, число оборотов.
Изменить скорость привода можно и с помощью механического редуктора шестеренчатого типа, либо на основе вариатора. Но такие механизмы имеют громоздкую конструкцию, их нужно обслуживать. С использованием частотника (инвертора) снижается расход на техническое обслуживание, повышается функциональность привода механизма.
Электродвигатели асинхронного типа с фазным ротором, подключенные в режим генератора, представляют подобие индукционного частотного преобразователя. Они имеют малые КПД и эффективность. В связи с этим такие виды преобразователей не нашли популярности в использовании.
Электронные виды частотников дают возможность плавного изменения оборотов электродвигателей. При этом реализуются два возможных принципа управления:
Первый принцип самый простой, но не совершенный. Второй принцип применяется для точного изменения оборотов двигателя.
Рис. 1
Все модули связаны между собой. Действие выходного каскада (инвертора) контролирует блок управления, с помощью которого меняются свойства переменного тока. Частотный преобразователь для электромотора имеет свои особенности. В его состав входит несколько защит, управление которыми осуществляется микроконтроллером. Например, проверяется температура полупроводников, работает защита от превышения тока и короткого замыкания. Частотник подключается к сети питания через устройства защиты. Для запуска электродвигателя не нужен магнитный пускатель.
Это первый модуль, по которому проходит ток. Он преобразует переменный ток в постоянный, благодаря полупроводниковым диодам. Особенностью частотника является возможность его питания от однофазной сети. Разница в конструкции состоит в разных типах выпрямителей.
Если мы говорим про однофазный частотник для двигателя, то нужно использовать в выпрямителе четыре диода по мостовой схеме. При трехфазном питании выбирается схема из шести диодов. В итоге получается выпрямление переменного тока, появляется два полюса: плюс и минус.
Из выпрямителя выходит постоянное напряжение, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Для их сглаживания используют такие элементы, как электролитический конденсатор и катушка индуктивности.
Катушка имеет много витков, и обладает реактивным сопротивлением. Это дает возможность сглаживать импульсы тока. Конденсатор, подключенный к двум полюсам, имеет интересные характеристики. При прохождении постоянного тока он в силу закона Кирхгофа должен быть заменен обрывом, как будто между полюсами ничего нет. При прохождении переменного тока он должен быть проводником, то есть, не иметь сопротивления. В результате доля переменного тока замыкается и исчезает.
Это узел, имеющий наибольшую важность в преобразователе частоты. Он изменяет параметры тока выхода, состоит из шести транзисторов. Для каждой фазы подключены по два транзистора. В каскаде инвертора применяются современные транзисторы IGBT.
Если изготавливать частотные преобразователи своими руками, то необходимо выбирать элементы конструкции, исходя из мощности потребления. Поэтому нужно сразу определить тип электродвигателя, который будет питаться от частотника.
В самодельной конструкции не получится добиться таких параметров, имеющихся у заводских моделей, так как в домашних условиях сделать управляющий модуль сложно. Дело не в пайке деталей, а в создании программы для микроконтроллера. Простой способ – это сделать управляющий блок, которым можно регулировать обороты двигателя, осуществлять реверс, защищать двигатель от перегрева и перегрузки по току.
Чтобы изменить обороты мотора, нужно применить переменное сопротивление, подключенное к вводу микроконтроллера. Это устройство подает сигнал на микросхему, которая производит анализ изменения напряжения и сравнивает его с эталоном (5 вольт). Система действует по алгоритму, который создается до начала создания программы. По нему действует микропроцессорная система.
Приобрели большую популярность управляющие модули Siemens. Частотные преобразователи этой фирмы надежны, могут применяться для любых электродвигателей.
Основа работы инвертора состоит в двойном изменении формы электрического тока.
Напряжение подается на блок выпрямления с мощными диодами. Они удаляют гармонические колебания, однако оставляют импульсы сигнала. Чтобы их удалить, подключен конденсатор с катушкой индуктивности, образующие фильтр, который стабилизирует форму напряжения.
Далее, сигнал идет на частотный преобразователь. Он состоит из шести мощных транзисторов с диодами, защищающими от пробоя напряжения. Ранее для таких целей применялись тиристоры, но они не обладали таким быстродействием, и создавали помехи.
Чтобы подключить режим замедления мотора, в схему устанавливают транзистор управления с резистором, который рассеивает энергию. Такой способ дает возможность удалять образуемое двигателем напряжение, чтобы защитить емкости фильтра от выхода из строя вследствие перезарядки.
Метод управления векторного типа частотой инвертора дает возможность создания схемы, которая автоматически регулирует сигнал. Для этого применяется управляющая система:
Амплитудная регулировка работает на изменении напряжения входа, а ШИМ – порядка действия переключений транзисторов при постоянном напряжении на входе.
При регулировании ШИМ образуется период модуляции, когда обмотка якоря подключается по очереди к выводам выпрямителя. Так как тактовая частота генератора высокая и находится в интервале 2-15 килогерц, то в обмотке мотора, имеющего индуктивность, осуществляется сглаживание напряжения до нормальной синусоиды.
Каждый из транзисторов включается по встречно-параллельной схеме к диоду (Рис. 1). Через цепь транзистора протекает активный ток электродвигателя, реактивная часть поступает на диоды.
Об их образовании дает сигнал контроллер, чтобы снизить помехи, применяются экранированные провода от двигателя до выхода инвертора.
Частотные преобразователи служат для работы в 1-фазных и 3-фазных сетях. Но если имеются промышленные источники питания на 220 вольт постоянного тока, то инверторы также можно подключать к ним.
Модели для 3-фазной сети рассчитаны на 380 вольт, и подают его на мотор. 1-фазные частотники работают от сети 220 вольт, выдают на выходе 3 фазы. Частотник может подключаться к электродвигателю по схеме звезды или треугольника.
Обмотки мотора соединяются в «звезду» для частотника, работающего от трех фаз 380 вольт.
Обмотки двигателя соединяют «треугольником», когда инвертор запитан от 1-фазной сети.
При выборе метода подключения электродвигателя к частотнику необходимо определить мощности, которые создает двигатель на разных режимах, в том числе и медленный режим, тяжелый запуск. Преобразователь частоты нельзя эксплуатировать с перегрузкой длительное время. Его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет без аварий, и срок службы продлится.
Частотные преобразователи используются в устройствах с необходимостью регулировки скорости двигателя.
electrosam.ru
Главной технологической задачей является повышение скорости любого производственного процесса.
Сначала в промышленности для форсирования использовались коробки передач, редукторы, вариаторы. Однако эти механизмы не обеспечивали плавный пуск оборудования и требуемое убыстрение. Используя электромашины постоянного тока, которые уже позволяли гибко регулировать вращение. Но они имели недостатки: высокая стоимость и эксплуатационная сложность.
Потом, для передачи движения большинству механизмов и машин начали применять асинхронные двигатели. Простые по конструкции, надёжные в управлении и низкой стоимости. Это определило их преимущество в электрорегулируемых приводах.
Однако, для его использования в технологических процессах необходимо было создать дополнительное устройство, позволяющее исполнять плавный пуск, остановку, то есть, управление скоростью двигателя. Эта функцию выполняет преобразователь частоты ПЧ, решающий главную задачу — регулирование скоростью привода.
Внедрение полупроводниковых материалов, использование тиристорных преобразователей началось в середине двадцатого века. Потом появились транзисторные устройства, отличающиеся надёжностью, компактностью, простыми в эксплуатации и недорогой ценой.
Их применение в конструкциях преобразователей частоты обеспечивает приводам выполнять многие технологических задач в промышленности, перерабатывающей отрасли, объектов ЖКХ, в автоматизации технологических процессов.
Компоновка частотно-управляемого привода включает в себя: двигатель синхронного или асинхронного типа и преобразователя частоты ПЧ. Первые, превращают энергию в механическое движение технологического узла. А функции управления осуществляет электронное статическое устройство, которое на своём выходе формирует напряжение с варьируемой амплитудой и частотой.
Преобразователь частоты преобразует переменное напряжение (ток) одной частоты в другую, отличающуюся от источника питания более широким диапазоном. Эти характеристики устройства регулируют вращение двигателя, выполняют плавный пуск и остановку. Они обладают электромагнитной совместимостью с источником питания от сети.
Есть два вида управления преобразователя частоты. Векторный и скалярный. Первый работает так, чтобы момент вращения двигателя был постоянен к нагрузке и не изменялся на всём диапазоне управления скоростью. Контролируется не только напряжение и частота, но и ток (момент).
Второй — более простой. Особенность работы заключается в сохранении и контроле постоянства отношения напряжения и частоты.
Его расширение позволяет гибко подстраивать устройство под требуемые цели и задачи.
Это границы или линейка её изменений. Можно продемонстрировать на таком примере. Двигатель, подключённый к сети 50 Гц, показывает скорость вращения 1,5 тыс. об/мин, то при подаче 100 Гц он повысит её в два раза до 3 тыс.
Метод регулировки электродвигателя, превосходящий точность простого частотного корректирования.
Там, где необходимо поддерживать неизменную скорость при импульсной загрузке: станки, транспортёры, лифты, мельницы. А также при необходимости на малых оборотах электродвигателя поддерживать момент.
Некоторые модели преобразователей частоты предназначены для однофазной энергии переменного тока 200—240 вольт (2,2 кВт). Более мощные типы преобразователей обеспечиваются трёхфазным током 380—480 В. Колебание величин от номинального, стандартного напряжения составляет от — 15 + 10 процентов.
Прибор, работающий по алгоритму, поддерживающий величины производственного процесса в пределах, установленных датчиком. Это температура, скорость, давление. Он упрощает систему, и не требует комплектации дополнительными устройствами.Наличие сигнальных входов/выходов, аналоговых/дискретных, необходимые для связи преобразователя частоты с системой управления. Достаточное их количество упрощает соединение с другими средствами регулирования.
Такая подгонка необходима при подключении к работающему двигателю преобразователя частоты, который, как правило, свой запуск начинает со стартовой частоты и за время разгона достигает номинального режима. Во вращающимся двигателе может произойти недопустимый рывок. Оснащённый преобразователь функцией юстировки учитывает данные машины и согласовывает с частотой, на которой она находилась в текущий момент. Это необходимо для подхвата работающего электродвигателя при отключении или смене сетевого питания.
Этот процесс выполняется подачей постоянного тока на одну фазу электродвигателя. Взаимодействие её магнитного поля и ротора останавливает вращение быстрее, чем это можно сделать другими способами. Например, понижением напряжения (управляемый выбег) или механическим торможением.
Возможность их установки, выбирают путём подключения сигнальных входов частотного преобразователя, что соответствует значительному числу потребителей. Которым заранее определены фиксированные скорости. В производственных процессах эту функцию используют повсеместно.
В конструкцию преобразователя включены добавочные модули, расширяющие его возможности управления электроприводом.
Устройство плавного запуска Софт-стартер Отличается снижением на машину и источник питания предельных колебаний нагрузок. Исключено повреждение ходовых узлов, продлевающих сроки службы оборудования.
Учитывают задачи, стоящие перед использованием электропривода. Для их решения определяют:
Особенности конструкции преобразователя частоты:
Преобразователь частоты подходящей мощности должен соответствовать данным асинхронного двигателя. Для большого пускового момента, укороченного разгона или быстрой остановки преобразователя частоты заказывают уровнем выше стандартного. Используя синхронные, высокоскоростные, и другие типы электромашин, руководствуются номинальным током ПЧ. Его величина должна быть выше потребляемого уровня. А также учитывают тонкости наладки данных электропривода.
С особенностями выбора можно ознакомиться в поставщика. Там же квалифицированно обсуждают специальные требования заказчика в том числе:
Предпродажная оценка состояния объекта покупателя, обеспечивающая правильный подбор преобразователя частоты. В него входит уточнение технических условий для внедрения решения. Выявление рисков и их минимизации. Составление оптимальной схемы монтажа оборудования в производственный процесс.
Выделение отдельного консультанта, обеспечивающего сотрудничество с продавцом начиная с подбора преобразователя частоты, оформление заказа, до отгрузки со склада на площадку монтажа. Он поможет решить вопрос по обслуживанию и в дальнейшем устранять возникающие проблемы эксплуатации.
Замена ПЧ устаревшего образца или импортного производства.
Компания может оказать услугу по передаче персоналу покупателя навыков и опыт использования частотных преобразователей.
chistotnik.ru
Асинхронный электродвигатель конструктивно прост и неприхотлив в эксплуатации. Но обладает рядом существенных недостатков:
Этих недостатков лишены асинхронные электродвигатели с фазным ротором и двигатели постоянного тока. Но их конструкция сложнее, а управление режимами работы требует установки громоздких магазинов сопротивлений, мощных контакторов. Управление режимами происходит с помощью релейно-контакторных схем, что снижает надежность работы.
Частотные преобразователиСохранить достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, при этом устранив его недостатки, позволяют частотные преобразователи.
Привлекательной особенностью преобразователя является тот факт, что для него не требуется серьезных переделок в схеме управления и электропитания мотора. В простейшем случае он ставится вместо элемента управления электродвигателем: пускателя или контактора. Сигналы с кнопок управления переключаются с катушек управления на соответствующие входы.
Но вот кабель к электродвигателю и кабель от распределительного устройства до преобразователя придется заменить на экранированные. Иначе не будут выполнены условия по электромагнитной совместимости частотника, являющегося полупроводниковым прибором.
В нем происходит два основных процесса: сначала трехфазное (или однофазное) напряжение питания выпрямляется, преобразуясь в постоянное. Затем из этого напряжения формируется синусоидальное напряжение питания электродвигателя нужной частоты и величины. Делается это несколькими способами, самый распространенный из которых – широтно-импульсная модуляция. Схема управления формирует на выходе пачки коротких импульсов, которые, сглаживаясь на индуктивности обмоток электродвигателя, дают в итоге практически синусоидальное напряжение.
Для выпрямления на входе частотного преобразователя установлены полупроводниковые диоды, рассчитанные на номинальный ток устройства. Перед ними обязательно устанавливается помехоподавляющие фильтры, чтобы защитить как сам частотник от внешних помех, так и не дать проникнуть помехам от него самого в сеть, к которой он подключен. За выпрямительными диодами установлены конденсаторы, сглаживающие напряжение пульсаций.
Блок-схема работы частотного преобразователяДля силовой схемы формирования выходного напряжения используются мощные транзисторы или тиристоры. Поскольку в процессе работы в корпусе преобразователя выделяется тепло, для его отвода в него встраиваются кулеры, а сам прибор устанавливается вдали от горячих поверхностей. Сверху, снизу и по бокам прибора на расстояниях, указанных в паспорте завода-изготовителя, должно быть свободное пространство.
Для подключения кабелей в частотном преобразователе есть три вида клемм:
На дискретные входы подаются сигналы управления от кнопок или реле.
| Назначение дискретных входов частотного преобразователя |
| Пуск |
| Стоп |
| Реверс |
| Торможение |
| Выбор фиксированной скорости |
| Блокировка пуска |
Дискретные выходы передают информацию о состоянии частоника.
| Назначение дискретных выходов частотного преобразователя |
| Готов |
| Работа (двигатель включен) |
| Отказ (неисправность преобразователя) |
Аналоговые входы предназначены для внешнего задания частоты вращения от устройств АСУ или получения частотным преобразователем сигналов от датчиков, на основе которых он принимает решение о величине частоты вращения двигателя, необходимой в данный момент.
Аналоговые выходы необходимы для подключения к устройствам отображения информации. На них частотник может выдавать значения, заданные в его установках: выходной ток, мощность, частоту вращения.
Частотный преобразовательУправляет работой частотного преобразователя его мозг – блок управления. Для работы ему необходимы исходные данные: параметры электродвигателя и логика, согласно которой он будет регулировать частоту. Для их вода на передней панели прибора есть дисплей и кнопки, позволяющие эти данные ввести.
С параметрами электродвигателя все просто: с таблички электродвигателя переписываются номинальные мощность, напряжение, ток и частота вращения. Затем они вводятся в память устройства. А вот с параметрами управления, в зависимости от сложности конструкции частотного преобразователя, все сложнее. Это зависит от сложности технологического процесса, схемы управления и регулирования, типа преобразователя, наличия АСУТП.
Простейшей схемой управления является ручной запуск с фиксированной частотой. Для пуска используются кнопки на самом частотнике, частота вращения регулируется вручную теми же кнопками, в зависимости от требуемой. Для ее реализации не нужны дорогостоящие аппараты, достаточно самого простого и дешевого.
С применением кнопочной станции для управления пуском и остановкой двигателя схема незначительно усложняется. Кабель от кнопок управления подключается к дискретным входам согласно схеме частотника. При этом в его настройках включается опция, разрешающее внешнее дискретное управление.
Но такое использование прибора, позволяющего самостоятельно решать, какую частоту выбрать в тот или иной момент, неразумно. Рассмотрим пример его использования для поддержания постоянного уровня воды в баке водонапорной башни.
Традиционная схема управления таким насосом подразумевает наличие двух датчиков уровня: верхнего и нижнего. При понижении уровня воды до минимума срабатывание датчика приводит к запуску насоса, при достижении верхнего – к остановке. При небольшом объеме бака и повышенном потреблении воды насос часто включается и отключается.
При использовании частотного преобразователя в бак врезается датчик давления в самой нижней его точке. Сигнал с датчика пропорционален давлению столба жидкости, то есть, уровню воды в баке. Датчик подключается к аналоговому входу частотного преобразователя, в его настройках выбирается соответствующий макрос (логическая схема работы), выбирается метод задания частоты и задаются параметры, необходимые для его реализации. В нашем случае, это диапазон скоростей вращения насоса при минимальном уровне в емкости и при максимальном. В первом случае это максимально возможная частота вращения электродвигателя насоса, во втором – минимально возможное число оборотов для самого насоса (когда он еще что-то качает, а не перемалывает воду).
Теперь насос будет работать постоянно, но со скоростью вращения, зависящей от величины потребления воды из резервуара.
Таким же образом можно организовать работу насоса, питающего водопроводную сеть, используя датчик давления в напорной магистрали. В этом случае он будет поддерживать постоянным напор воды в ней.
Использование частотного преобразователя для поддержания напора в трубопроводеЧастотный преобразователь может управлять работой не только насосов, но и вентиляторов. Наиболее простой пример: вентиляторы охлаждения. Чем быстрее они вращаются, тем более сильный поток воздуха они создают, помещение (поверхность теплообменника) охлаждается в большей степени. Для регулирования не нужно измерять скорость потока или объем перекачиваемого воздуха. Достаточно датчика температуры, фиксирующего ее в нужной точке помещения (или на выходе теплообменника). Частотный преобразователь будет изменять скорость вращения вентилятора так, чтобы поддерживать заданное значение температуры или держать ее в допустимом диапазоне.
Уж где необходимо изменять скорость вращения электродвигателей, так это на кранах. Для этого там используются асинхронные двигатели с фазным ротором. Но электрическую начинку крана можно сделать проще и компактнее, при этом получив в качестве бонуса еще и непревзойденную плавность регулирования скорости движения.
И все это позволят сделать частотные преобразователи. Для управления их работой в кабине машиниста устанавливаются соответствующие устройства, формирующие понятные частотнику сигналы управления. На каждый из электродвигателей приводов (подъем, перемещение тележки, перемещение моста) устанавливается по частотному преобразователю. В итоге число контакторов в схеме управления краном сводится к минимуму, что повышает его надежность.
К недостаткам относится только необходимость защиты шкафов с частотниками от пыли, но при этом нужно обеспечить их охлаждение в процессе работы.
Уходят в небытие времена, когда операторы вращали вручную задвижки, а регулировку подачи сырья на конвейере выполняли, перекрывая шибером его поток. Современные операторы технологических установок в чистой спецовке сидят за мониторами обыкновенного компьютера, связанного со щитовой АСУ. Любой параметр процесса меняет кликом мышки, результат которого преобразуется либо в команду «включить/выключить», либо в изменение сигнала управления. Важную роль в этом раю играют частотные преобразователи.
Функциональная схема АСУТП на предприятииДля привода того же конвейера всегда использовались асинхронные электродвигатели. Поэтому для перевода его на управления с помощью частотного преобразователя не требуется глобальных переделок, даже мотор можно оставить тот же самый. Но при этом получается выигрыш в точности ведения процесса (количество перемещаемого продукта задается частотой вращения привода, то есть – скоростью движения ленты), а также – экономится электроэнергия.
Система для удаленного управления насоснойДля регулировки используется два способа:
Важной особенностью этого подходя является тот факт, что частотник уже ничего не решает сам, все за него выполняет АСУ. Она принимает сигналы от датчиков, характеризующие состояние технологического процесса. Затем по заданной программе принимает решение, что делать дальше.
Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:
electric-tolk.ru
