Благодаря использованию редкоземельных магнитов, синхронные двигатели обладают повышенной удельной мощностью (отношение выходной мощности двигателя к его массе) по отношению к эквивалентным асинхронным моторам.
Потери в синхронном двигателе обычно составляют 50%~70% от типового асинхронного двигателя той же мощности, что обуславливает более высокий КПД синхронных машин. Благодаря этому, PM технология удовлетворяет самым строгим стандартам энергоэффективности (IE3 и IE4+).
Типы двигателей с постоянными магнитами
PM машины можно разделить на 2 основные группы в зависимости от характеристик их возбуждения: 1) синхронные двигатели переменного тока (PMAC или СДПТ) с синусоидальным распределением магнитного потока и 2) бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC или БДПТ) с трапециевидным распределением потока. Разница в возбуждении является результатом различного расположения обмоток статора: в PMAC — обмотка распределенная, а в BLDC - концентрированная.
БДПТ дешевле, менее сложны в изготовлении и имеют несколько более высокую удельную мощность, чем СДПТ. Однако, у них есть пульсации момента в отличие от синхронных двигателей. Это одна из основных причин, почему СДПТ, как правило, предпочтительнее для высокопроизводительных применений.
Синхронные двигатели с дополнительной короткозамкнутой обмоткой ротора (LSPM) - по сути сочетание технологии синхронного и асинхронного двигателя. Такая конструкция позволяет LSPM двигателям запускаться в асинхронном режиме при питании напрямую от сети без частотного преобразователя и датчика положения/скорости. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм. LSPM машины часто встречаются в текстильной промышленности, где требуется синхронность работы ряда машин. Они также находят применение в отраслях, где требуется прямой пуск и высокоэффективная работа двигателя.
Основные требования к управлению
За исключением LSPM двигателей, которые могут быть подключен непосредственно к трехфазной электрической сети, для PMAC и BLDC двигателей требуется преобразователь частоты с достаточно сложным алгоритмом управления скоростью и моментом двигателя.
Управление синхронным двигателем более сложная задача, чем у асинхронного в связи с тем, что фактическое положение ротора должно непрерывно измеряться (или рассчитываться), чтобы двигатель не выпадал из синхронизма. Это можно сделать с помощью таких датчиков, как энкодер, резольвер, датчик Холла (BLDC), а также с помощью передовых методов бездатчикового векторного управления.
Новейшие технологии бездатчикового управления
В течение последних нескольких лет наблюдается повышенный интерес к исследованиям и разработке алгоритмов, устраняющих необходимость использования физического датчика положения/скорости при управлении синхронным двигателем. Сниженные затраты на установку и повышенная надежность являются основными преимуществами, связанными с отказом от этого датчика.
В большинстве современных бездатчиковых технологий управления двигателем в качестве обратной связи по положению ротора используется обратная или противо- ЭДС (back-emf), позволяя синхронному двигателю динамично и точно работать на средних и высоких оборотах (обычно > 2,5% от номинальных). Основным требованием для такого подхода является то, что напряжение, генерируемое постоянными магнитами, должно быть достаточно высоко, чтобы быть обнаруженным частотным преобразователем с необходимым разрешением. Проблемой такого метода является невозможность работы привода на скоростях, близких к нулю, так как противо-ЭДС не дает в этом случае требуемого сигнала.
Для преодоления данного ограничения был разработан метод инжекции сигналов - трансформации синхронного двигателя в резольвер, определяющий положение ротора. Эти сигналы накладываются на сигнал ШИМ преобразователя частоты. Для извлечение необходимой информации из полученного композитного сигнала требуется достаточно сложная система управления, способная эффективно отделить эти две различных составляющих сигнала.
В случае с синхронными двигателями для метода инжекции сигналов конструктивно предпочтительнее использовать двигатели со встроенными магнитами (Permanent Magnet Motors — IPM) в отличие от двигателей с поверхностным расположением магнитов (SPM). В IPM двигателях магниты располагаются внутри ротора, и пространственное изменение сопротивление ротора достаточно велико, чтобы надежно определять его положение. SPM двигатели также могут управляться методом инжекции, но из-за низкого дифференциально-пространственного импеданса определение текущего положения ротора усложнено.
Благодаря новейшим разработкам, используемым в частотных преобразователях Optidrive P2, компания Invertek Drives занимает лидирующие позиции в технологии надежного высококачественного бездатчикового управления синхронными двигателями на очень низких скоростях, что подтверждено рядом реальных практических применений.
Типовые области применения двигателей с постоянными магнитами
СДПТ в сочетании с резольверами или энкодерами де-факто уже являются стандартом для сервосистем, применяемых для высокопроизводительного управления движением, благодаря низкой собственной инерции ротора, позволяющей им обеспечивать высокую точность и динамику позиционирования. В то-же время бесщеточные двигатели (BLDC) широко применяются в системах вентиляции, отопления, кондиционирования (HVAC), где не требуется высокого крутящего момента на низкой скорости, но используются высокоскоростные операции.
В настоящее время имеет место тенденция замены асинхронных двигателей на двигатели с постоянными магнитами в приложениях, где имеет важное значение энергоэффективность работы; а также в приложениях, где требуемое отношение мощности к крутящему моменту на единицу массы не позволяет использовать асинхронные двигатели.
Использование частотного преобразователя Optidrive P2 для управления синхронными двигателями Новая серия Optidrive P2 частотных преобразователей компании Invertek Drives предоставляет простую в использовании, новейшую технологию бездатчикового управления синхронными двигателями, обеспечивающую высокую точность управления скоростью в широком диапазоне, включая нулевую. Для настройки привода пользователю необходимо ввести только информацию с паспортной таблички двигателя, которая требуется для проведения статического автотестирования двигателя, чтобы получить превосходное качество управления скоростью и моментом.
Статья Дэвида Джонса, R&D директора Invertek Drives. Октябрь 2011г. Перевод ООО "Интехникс"
www.eti.su
Существует возможность использовать асинхронный двигатель с фазным ротором как асинхронный преобразователь частоты (АПЧ), так как известно частота тока ротора пропорциональна частоте тока статора, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью таких преобразователей из промышленной частоты 50 Гц обычно получают 100, 200 Гц.
Схема подключения АПЧ выглядит следующим образом
Статорная обмотка подключается к питающей сети с частотой тока f1. Ток с частотой f2 получают с концов обмотки ротора, где он передается через контактные кольца и щетки.
Для преобразования частоты необходим приводной двигатель (ПД), который механически связан с ротором АПЧ. Таким двигателем может быть асинхронный или синхронный двигатель, если требуется задать определенную частоту, а может быть двигатель постоянного тока, если требуется осуществлять плавную регулировку частоты тока.
Если ротор преобразователя вращать против направления вращения магнитного поля статора (то есть в режиме противовключения), то скольжение s>1, исходя из этого, частота получаемого тока будет больше частоты статора f2>f1. Если изменить направление вращения приводного двигателя, то скольжение s<1 (работа в двигательном режиме), а частота получаемого тока f2<f1.
Частоту f2 можно рассчитать по формуле
Следует понимать, что при вращении ротора АПЧ со скоростью вращения больше синхронной, s>1, а значит, в числителе вышеприведенной формулы должен стоять знак плюс. В случае, когда скольжение s<1 знак минус.
Электрическая мощность на выходе АПЧ представляет собой сумму электромагнитной мощности передаваемой от статора АПЧ и механическую мощность, передаваемую от приводного двигателя.
Коэффициент полезного действия такой системы не большой, так как он является произведением КПД приводного двигателя и асинхронного преобразователя частоты.
Читайте также - Асинхронный генератор
electroandi.ru
Частотник - полное название частотный преобразователь, онже инвертор. На этом сайте с левой стороны в одну колонку представлены имеющиеся в наличии частотники (проверены и протестированы). Для получения дополнительной информации на заинтересовавший Вас частотник, щелкните мышкой на его картинке (для перемещения вниз колонки используйте ручку прокрутки расположенную справой стороны страницы). В развернувшейся информации Вы найдете краткое описание частотника, дополнительные фотографии (их можно увеличить), ссылки на документацию. Для демонтированых частотников располагаются реальные фотографии. Перечень имеющихся в наличии частотников постоянно меняется.
Название фирмы производителя (слева вверху от центральной фотографии) является ссылкой, развернув которую Вы получите краткую информацию о фирме и ссылку с адресом ее сайта.
Справа предоставлен небольшой список фирм производителей инверторов. После выбора производителя появится таблица с перечнем имеющихся на данном сайте инверторов этого производителя. Далее таблицу можно сортировать по цене.
Вкладка ИНСТРУКЦИИ ПО ЧАСТОТНИКАМ содержит ссылки на документацию по инверторам и немного файлов о частотниках вообще.
Вкладка КОНТАКТЫ содержит информацию о продавце (телефон, вебадрес..)
Частотные преобразователи (ониже инверторы, или в народе просто - частотники), позволяют легко регулировать скорость асинхронного электродвигателя в широких пределах. В обычных установках с вентиляторами, насосами, тележками, транспортерами и т.д. где не требуется стабилизация оборотов двигателя можно применять инверторы с режимом амплитудно-частотного регулирования. В установках, где момент на валу может резко изменяться в большом диапазоне и в тоже время требуется высокая стабильность оборотов на валу электродвигателя, применяют инверторы с векторным режимом регулирования или даже инверторы с векторный режим совместно с дополнительным датчиком скорости (энкодером). Управлять электродвигателем можно непосредственно с панели частотника (нажимая кнопочки), также можно установить отдель (на расстоянии до нескольких сот метров) несколько выключателей (или кнопок) для запуска/останова и регулируемый резистор для изменения оборотов. Такжев качестве управления можно подавать сигналы с компьютера или контроллера. Цифровое табло на частотнике может отобрать по выбору ток электродвигателя, напряжениили частоту и т.д. (перечень отображаемых функций приводится в инструкции)
На сайте предлагаются инверторы нескольких фирм на разные мощности электродвигателей, обычно от 0,4 кВт до 7,5 кВт, иногда до 22 кВт. Здесь у всех инверторы имеются амплитудно-частотный режим регулирования. Большинство инверторов имеют также векторный режим, и небольшая часть имеет полный набор режимов регулирования включая и поддержку энкодеров. На этом сайте иногда появляются инверторы демонтированные с рабочих установок (в результате модернизации оборудования или даже закрытия производств в связи с переездом в рег
sites.google.com
Принцип управления частотой вращения электрического привода с двигателем постоянного тока довольно прост как по своей сути – изменением величины подводимого напряжения, как и по решению этой задачи – регуляторы напряжения постоянного тока довольно просты в проектировании и производстве. Но в настоящее время основная масса приводов в различных тех-процессах выполняется с применением асинхронных электродвигателей переменного тока.
Для осуществления возможности регулировать скорость вращения таких двигателей и были разработаны частотные инверторные преобразователи для асинхронных двигателей, или попросту “частотники”. Область применения этих приборов весьма обширна – в станках и электроприводах промышленного назначения, вытяжных вентиляторах, конвейерах и т.п.
В основу работы прибора заложено правило вычисления угловой скорости вращения вала электродвигателя, в которое входит такой параметр, как частота питающей сети. И поэтому, если изменять частоту питания обмоток, будет изменяться и скорость вращения ротора двигателя в прямой зависимости. Но при этом мощность аппарата будет падать. Для того, чтобы сохранить КПД устройства на неизменном уровне, вместе с частотой питания нужно также изменять и величину подаваемого на обмотки напряжения.
От метода, при помощи которого решается задача одновременного регулирования частоты и напряжения на выходе преобразователя, эти приборы и получили свое второе название – “инверторы”. В устройстве происходит инвертирование мощными электронными элементами входного переменного напряжения в постоянное, с регулируемой величиной напряжения и частотой импульсов на выходе. Управление выходным сигналом осуществляется при помощи широтно-импульсного регулирования выходным каскадом на полупроводниковых элементах. Таким образом, на электродвигатель по каждой из фаз поступают пачки импульсов изменяемой частоты и напряжения.
Частотные инверторы любой фирмы обязательно маркируются табличками с указанием основных характеристик:
Подключение прибора к электрической сети может производиться по схеме, изображенной на рисунке
К питающей трехфазной сети подключение производится через автоматический выключатель, рассчитанный на ток потребления нагрузки, и магнитный пускатель. Включение в сеть производится через клеммы RST, подсоединение электродвигателя – к клеммам UVW. Имеется также возможность дистанционного управления работой при помощи линии связи с компъютером.
Основная масса выпускаемых промышленностью частотников предназначена для работы в трехфазных сетях переменного тока, однако существуют и частотные преобразователи для однофазных двигателей.
Описание возможностей и настройку основных параметров покажем на примере распространенного инверторного преобразователя Mitsubishi D700.
На лицевой панели прибора находится кнопочная панель управления с цифровым дисплеем, позволяющие производить соответствующие настройки.
Ввод данных по основным параметрам работы и защиты производится путем входа в режим программирования через кнопку PU/EXT, затем кнопкой SET выбирается необходимый параметр и редактируется его значение.
Узнать больше об управлении частотным преобразователем Mitsubishi можно из инструкции на инвертор (СКАЧАТЬ) с. В ней также приведены схемы подключения и расшифровка кодов ошибок, выводимых на экран в случае срабатывания защиты преобразователя.
proelectrika.com
