Для начала расскажу небольшую сказку.
Жил-был двигатель постоянного тока. И все было хорошо. Но однажды родился Никола Тесла и доказал всему миру, что использовать переменное напряжение вместо постоянного лучше. И тогда появился на свет асинхронный двигатель переменного тока. И стало все ещё лучше. Он был и проще в изготовлении, и дешевле в обслуживании, и долговечнее двигателя постоянного тока, и на нем не надо было менять щетки. Но две у него было беды, не получалось на нем регулировать обороты (вернее, это можно было сделать, но для этого нужно было бы изменить частоту сети, которая составляет 50 (в некоторых странах 60) Гц) и большие пусковые токи. И тогда один умный человек (а, может, и несколько) придумал преобразователь частоты.
Как можно понять из этой сказки, частотный преобразователь, в большинстве своем, призван регулировать обороты асинхронных двигателей переменного тока. Конструктивно преобразователь можно разделить на три части:
Не будем сильно углубляться в схемы, нам важен принцип.
Преобразователь питается от сети переменного тока 220/380 вольт. Первым в схеме стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное. Постоянный ток поступает на инвертор (устройство, позволяющее получить из постоянного тока переменный) и с помощью схемы управления преобразуется в переменное напряжение заданной величины и частоты. Происходит это обычно при использовании метода ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Принцип ШИМ довольно прост. Устройством формируются сигналы с определенной частотой и напряжением, которые с учетом индуктивности двигателя становятся похожими на синусоидальное напряжение, за счет которого двигатель и начинает получать вращательный момент.
Еще одна интересная особенность в том, что КПД преобразователя частоты гораздо выше при минимальных нагрузках.
Есть и ещё одна интересная особенность — что однофазное, что трехфазное напряжение получается путем преобразования постоянного напряжения, соответственно, чисто теоретически, преобразователь частоты можно использовать в однофазных сетях, но питать при этом трехфазного потребителя. На практике такую возможность, конечно же, нужно узнавать у производителя.
Продолжение сказки.
И пропало восхищение людей двигателем постоянного тока, и пришла всенародная любовь и слава к двигателю переменного тока. Ибо теперь не стало у него недостатков (ну или они стали очень незначительными).
Таким образом, появилась возможность регулировать обороты асинхронного двигателя переменного тока в довольно широких пределах.
Как я уже упоминал, частотные преобразователи бывают однофазными (220 В) и трехфазными (380 В). Предпочтительнее использовать трехфазные, потому что у них более высокий КПД. При обрыве фазы у однофазного преобразователя он попросту перестанет работать. В случае с трехфазным, как правило, сработает защита. Но давайте предположим, что она не сработала. Как и любое устройство, данный прибор рассчитан на определенные характеристики, одной из них является протекающий через устройство ток. Выпрямитель в данном случае представляет собой три однофазных диодных моста.
Согласно закону Кирхгофа (сумма токов входящих в узел, равна сумме токов исходящих), каждый из этих мостов будет пропускать через себя одну треть общего тока.
При обрыве фазы общий ток остается неизменным, но оставшиеся два диодных моста будут пропускать через себя уже половину, что уже само по себе, не является для них нормальным режимом. Ситуацию усугубляет и то, что при выпрямлении переменного тока одной фазы вместо трех идет потеря мощности примерно в 40%, а иногда и больше. Эти потери сокращаются за счет выпрямления трехфазного. То есть, при обрыве одной фазы, общий ток потребляемый преобразователем частоты из сети при обрыве одной из фаз еще более возрастает (примерно на 40%), чтобы обеспечить конечного потребителя заданной мощностью (двигателю очень не нравится, когда ему не дают кушать электричество в нужном количестве).
Получается, что если в устройстве не будет защиты от обрыва одной из фаз – оно будет работать, но очень недолго (особенно в режимах близких к максимальным), потому что в выпрямителе сгорят диодные мосты как минимум, как максимум последствия этим не ограничатся. Хотя, при условии, что защита не сработает, на минимальных и средних значениях мощности преобразователь будет прекрасно работать, правда при этом значительно уменьшится его КПД.
Нередко, в технологическом оборудовании требуется произвести замену электропривода, питающегося постоянным током. Несмотря на простую систему регулировки скоростных режимом, сам двигатель этого типа имеет ряд существенных недостатков. Он гораздо дороже двигателя переменного тока, щетки во время работы искрят, а электрическая эрозия приводит к преждевременному износу коллектора. Все эти факторы приводят к снижению надежности устройства. Поэтому, в качестве альтернативы, применяется асинхронный электродвигатель совместно с частотным преобразователем.
Превосходство асинхронных двигателей перед электродвигателями постоянного тока отмечается по многим параметрам. Прежде всего, это общая простота устройства и отсутствие подвижных контактов. Их легко изготавливать и эксплуатировать.
Схема частотного преобразователя
Главным недостатком асинхронного электродвигателя являются сложности, связанные с регулированием скорости вращения. Изменение напряжения или дополнительное сопротивление в цепи обмоток, относящиеся к традиционным методам регулировки, не дают нужного эффекта. Эти способы неэкономичны и связаны с большими дополнительными затратами. Поэтому, для более качественного регулирования скорости и частоты вращения, используются преобразователи частоты напряжения.
Наиболее эффективно управлять асинхронными двигателями позволяют статические или частотные преобразователи. Принцип работы частотного преобразователя связан с возможностью изменения частоты напряжения. При этом, количество пар полюсов остается неизменным при изменении угловой скорости в магнитном поле статора.
Таким образом, обеспечивается плавная регулировка скорости, охватывающая достаточно широкий диапазон. Значение механических характеристик становится более жестким. В данном случае, скольжение асинхронного электродвигателя не увеличивается, поэтому, при регулировке потеря мощности очень незначительна и не влияет на общую работу устройства.
Для того, чтобы получить высокие энергетические показатели асинхронного устройства, совместно с частотой необходимо менять и значение поступающего напряжения. Эти показатели должны регулироваться одновременно на статоре асинхронного двигателя.
electric-220.ru
Сегодня в промышленности очень часто используются частотные преобразователи для асинхронных двигателей. Стоит заметить, что такие моторы имеют в своей конструкции три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Но у них есть один недостаток – регулировать скорость вращения ротора очень сложно. Но так было раньше. Сейчас, когда на помощь приходит микро- и силовая электроника, данная задача упрощается. Поворотом переменного резистора можно изменить скорость вращения в широком диапазоне.
Функций у данного устройства много, но чаще всего используется небольшое количество. По сути, для управления асинхронным двигателем нужно иметь возможность регулировки не только скорости вращения, но и времени разгона, торможения. Кроме того, в любой системе требуется наличие защиты. Необходимо, чтобы частотный преобразователь учитывал ток, который потребляет асинхронный двигатель.
Широкое применение получили частотники в системах вентиляции. Несмотря на кажущуюся легкость крыльчатки вентилятора, нагрузки на роторе очень большие. И моментальный разгон оказывается невозможным. Также возникают ситуации, при которых необходимо увеличение скорости вращения, чтобы поток воздуха стал больше или меньше. Но это лишь пример, частотный преобразователь нередко используется и в других системах. С помощью частотника можно синхронизировать скорость транспортера, состоящего из нескольких лент.
В основе лежит микропроцессорное управление и несколько схем для преобразования переменного и постоянного напряжений. Несколько процессов происходит с напряжением, которое подается на силовой вход устройства. Работа частотного преобразователя несложная, достаточно рассмотреть три этапа. Во-первых, происходит выпрямление. Во-вторых, фильтрация. В-третьих, инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный.
Лишь на последнем этапе возможно изменение свойств и параметров тока. Изменяя характеристики тока, можно регулировать скорость вращения ротора асинхронного двигателя. В инверторном каскаде использованы мощные сборки из транзисторов. У этих элементов три вывода – два силовых, а один управляющий. От величины сигнала, подаваемого на последний, зависит вольт-амперная характеристика на выходе частотника.
Частотные преобразователи для асинхронных двигателей начали использоваться сравнительно недавно. Но наука шла к ним постепенно, сначала скорость вращения ротора изменяли при помощи шестерен или вариатора. Правда, такое управление было весьма громоздким, да и мощность привода тратилась впустую из-за лишних механизмов. Ременная передача помогала увеличить скорость вращения, но вот точно задать конечный параметр оказывалось очень сложно. По этим причинам использовать преобразователь частоты намного выгоднее, так как он позволяет избежать потерь мощности. Но самое главное – дает возможность изменять параметры привода, не внося изменений в механику.
Стоит заметить, что подключение может осуществляться к сети одно- и трехфазного тока. Все зависит от конкретной модели ПЧ, а если конкретнее, то от того, какая схема частотного преобразователя асинхронного двигателя использовалась при производстве. Чтобы понять принцип работы, достаточно посмотреть на структуру устройства. Самый первый узел – это выпрямитель, который собирается на полупроводниковых диодах. Это мостовая схема для преобразования одно- или трехфазного переменного тока в постоянный. Для использования дома необходимо выбирать те модели частотников, вход которых подключается к сети однофазного переменного тока. Связан выбор с тем, что в частных домах провести трехфазную сеть оказывается проблематично, да и невыгодно, ведь необходимо использовать более сложные приборы учета электроэнергии.
Немного было сказано о том, что собой представляет схема частотного преобразователя. Но для детального изучения нужно рассмотреть ее подробнее. На первом этапе проводится преобразование – выпрямление переменного тока. Независимо от того, какое количество фаз на вход подается (три или одна), на выходе выпрямителя вы получаете постоянное однополярное (один плюс и один минус) напряжение величиной 220 Вольт. Именно столько между фазой и нулем.
Далее следует блок фильтров, который помогает избавиться от всех переменных составляющих выпрямленного тока. И на самом последнем этапе происходит инвертирование – из постоянного тока делается переменный при помощи силовых транзисторов, управляемых микроконтроллером. Как правило, частотные преобразователи для асинхронных двигателей имеют монохромный ЖК-дисплей, на который выводятся необходимые параметры.
Изготовление данного устройства связано со многими трудностями. Вам нужно освоить азы программирования микроконтроллеров, чтобы расширить возможности прибора. При этом важно учесть все основные требования. Например, возможность автоматического аварийного отключения при превышении предельно допустимого тока, который потребляется электродвигателем. Для этого на выходе необходимо устанавливать трансформаторы тока, которые будут проводить постоянный контроль. Также следует предусмотреть активное и пассивное охлаждение всех силовых элементов системы – диодов и транзисторов, а также отключение прибора при чрезмерном нагреве. Только в таком случае частотные преобразователи для асинхронных двигателей смогут безопасно эксплуатироваться.
Источник: fb.ruКомментарии
Идёт загрузка... Похожие материалы
Технологии Преобразователь частоты для асинхронного двигателя: структурная схема и основные узлыПрименяется преобразователь частоты для асинхронного двигателя в нескольких случаях. Во-первых, для изменения скорости вращения ротора. Во-вторых, для осуществления настроек, например времени торможения и разгона, изм...
Домашний уют Обратный клапан для насоса: характеристики, принцип работы и отзывы. Обратный клапан для вакуумного насосаОбратный клапан для насоса представляет собой обязательный элемент насосных станций. С его помощью можно определить направление движения воды. Прибор отключает участок трубопровода, какое-либо оборудование или насос п...
Домашний уют Сервопривод для теплого пола: принцип работы и назначение. Теплые полы водяные в частном домеОрганизация системы напольного отопления требует учета множества технических аспектов. Дополнительная оснастка в виде систем контроля и управления является ключевым звеном в общей инфраструктуре теплого пола. Она вклю...
Домашний уют Вентильный двигатель: принцип работы и схемаДля того чтобы решать задачи по контролю современных прецизионных систем, все чаще используется вентильный двигатель. Это характеризуется большим преимуществом таких приборов, а также активным формированием вычислител...
Новости и общество Земснаряд для добычи песка: принцип работы и видыПесок – очень важный элемент, использующийся в строительстве любых конструкций. Как строительный материал песок образуется в естественных условиях и из-за воздействия многих природных факторов. От того, в каких ...
Образование Асинхронный двигатель, принцип работы - нет ничего проще…Слово «двигатель» всегда порождает представление чего-то подвижного, и даже чаще - вращающегося. Понятное дело – потому и двигатель. Суть любого двигателя - в том, чтобы преобразовать какой-либ...
Домашний уют Дефлектор для вентиляции: виды, принцип работы и его назначениеЕсли труба лишена дефлектора для вентиляции, в процессе эксплуатации системы могут возникнуть сложности с тягой. Отток дыма может быть приостановлен или прекращен по нескольким причинам, среди которых:снег...
Бизнес Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. Асинхронный тип двигателя: принцип работы, описание и функцииКак и большинство электромоторов, асинхронный двигатель переменного тока (АД) имеет фиксированную внешнюю часть, которая именуется статором, и ротор, вращающийся внутри. Между ними есть тщательно рассчитанный воздушны...
Домашний уют Можно ли собирать частотные преобразователи своими руками? Принцип работы и схема подключения частотных преобразователейИзготовить частотные преобразователи своими руками довольно сложно, так как необходимо очень хорошо разбираться в силовой электронике и полупроводниковой технике. Но перед тем как задуматься о проектировании данного у...
Автомобили Двигатель турбо: описание, характеристики, принцип работы и фотоКаждый автомобилист знает, что двигатели внутреннего сгорания по своему устройству и принципу действия разделяются на атмосферные и турбированные. Но не все понимают, в чем разница между этими силовыми агрегатами. Дав...
monateka.com
