Все о частотных преобразователях

    Частотные преобразователи — это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

    В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

    При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

    Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f- частота питающей сети, p — количество пар полюсов.

    Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

• — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
• — изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
• — изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

    В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

    В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

    Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
    Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

    Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

    Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

← Отопление по — новому, или как правильно выбрать котел для автономного отопления
 | 
Торцевые уплотнения, причины выхода со строя в насосах →

Что такое скольжение асинхронного двигателя

Скольжение – это одна из основных характеристик электродвигателя. Она изменяется в зависимости от режима работы, нагрузки на валу и питающего напряжения. Давайте подробнее разберемся, что такое скольжение электродвигателя, от чего оно зависит и как определяется.

• Что это такое
• Величина скольжения в разных режимах работы
• Способы измерения

Что это такое

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя довольно прост. На обмотку статора подается питающее напряжение, которое создает магнитный поток, в каждой фазе он будет смещен на 120 градусов. При этом суммирующий магнитный поток будет вращающимся.

Обмотка ротора является замкнутым контуром, в ней наводится ЭДС и возникающий магнитный поток придает вращение ротору, в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора.

Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.

Высчитывается она по формуле:

где n₁— это частота вращения магнитного поля, n₂ – частота вращения магнитного поля ротора.

Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.

Величина скольжения в разных режимах работы

В режиме холостого хода скольжение близко к нулю и составляет 2-3%, ввиду того, что n₁ почти равняется n₂. Нулю оно не может быть равным, потому как в этом случае поле статора не пересекает поле ротора, простыми словами, двигатель не вращается и питающее на него напряжение не подается.

Даже в режиме идеального холостого хода, величина скольжения, выраженная в процентах, не будет равной нулю. S может принимать и отрицательные значения, в том случае, когда электродвигатель работает в генераторном режиме.

В генераторном режиме (вращение ротора противоположно направлению поля статора) скольжение ЭД будет в значениях -∞<S<0.

Также существует режим электромагнитного торможения (противовключения ротора), в этом режиме скольжение принимает значение больше единицы, со знаком плюс.

Значение частоты тока в обмотках ротора равно частоте тока сети только в момент пуска. При номинальной нагрузке частота тока будет определяться по формуле:

f₂=S*f₁,

где f₁ – частота тока, подаваемого на обмотки статора, а S — скольжение.

Частота тока ротора прямо пропорциональна его индуктивному сопротивлению. Таким образом, проявляется зависимость тока в роторе от скольжения АД. Вращающий момент электродвигателя зависит от величины S, так как определяется значениями величин магнитного потока, тока, углом сдвига между ЭДС и током ротора.

Поэтому, для детального исследования характеристик АД устанавливается зависимость, изображенная на рисунке выше. Таким образом, изменение момента (при различных значениях скольжения) в АД с фазным ротором может регулироваться путем ввода сопротивления в цепь обмоток ротора. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором момент вращения регулируется или с помощью преобразователей частоты или использованием двигателей с переменными характеристиками.

При номинальной нагрузке электродвигателя значение скольжения будет в диапазоне 8%-2% (для двигателей малой и средней мощности), номинальное скольжение.

При увеличении нагрузки на валу (момента на валу) будет увеличиваться скольжение, простым языком, магнитное поле ротора будет все сильнее отставать (тормозить) от магнитного поля статора. Увеличение скольжения (S) приведет к пропорциональному увеличению тока ротора, следовательно, пропорционально увеличится момент. Но при этом увеличиваются активные потери в роторе (увеличивается сопротивление), которые уменьшают рост силы тока, поэтому момент увеличивается медленнее, чем скольжение.

При определенной величине скольжения момент достигнет максимального значения, потом начнет снижаться. Величину, при которой момент будет максимальным, называют критической (Sкр).

В графической форме механическую характеристику асинхронного электродвигателя можно выразить с помощью формулы Клосса:

где, М_к — это критический момент, который определяется критическим скольжением электродвигателя.

График строится исходя из характеристик, указанных в паспорте АД. При возникновении вопросов по приводу, в качестве движителя, использующего асинхронный электродвигатель, используется данный график.

Критический момент определяет величину допустимой мгновенной перегрузки электродвигателя. При развитии момента более критического (следовательно, более критического скольжения) происходит, так называемое, опрокидывание электродвигателя и двигатель останавливается. Опрокидывание — один из аварийных режимов.

Способы измерения

Существует несколько способов измерения скольжения асинхронного двигателя. Если частота вращения значительно отличается от синхронной, то ее можно измерить с помощью тахометра или тахогенератора, подключенного на валу ЭД.

Вариант измерения стробоскопическим методом с помощью неоновой лампы подходит при величине скольжения не более 5%. Для этого на валу двигателя либо наносят мелом специальную черту, либо устанавливают специальный стробоскопический диск. Освещают их неоновой лампой, и отсчитывают вращение за определенное время, потом, по специальным формулам производят вычисления. Также возможно использование полноценного стробоскопа, подобно тому что показано ниже.

Также, для измерения величины скольжения всех видов машин подходит способ индуктивной катушки. Катушку лучше всего использовать от реле или контактора постоянного тока, из-за количества витков (там 10-20 тысяч), количество витков должно быть не менее 3000. Катушку с подключенным к ней чувствительным милливольтметром, располагают у конца вала ротора. По отклонениям стрелки прибора (числу колебаний) за определенное время высчитывают по формуле величину скольжения. Помимо этого, у асинхронного двигателя с фазным ротором скольжение можно замерить с помощью магнитоэлектрического амперметра. Амперметр подключается к одной из фаз ротора и по числу отклонений стрелки амперметра производят вычисления (по формуле из способа с индуктивной катушкой).

Вот мы и рассмотрели, что собой представляет скольжение асинхронного двигателя и как его определить. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

• Виды испытаний асинхронных двигателей
• Правила определения фазы, нуля и заземления в сети
• Как выбрать мультиметр для дома и работы

Опубликовано 16. 09.2019 Обновлено 16.09.2019 Пользователем Александр (администратор)

Скорость скольжения в асинхронном двигателе — электрическое напряжение

Синхронная скорость — это скорость, с которой вращается магнитное поле. Синхронное магнитное поле соединяется с проводником ротора и индуцирует напряжение в роторе. Ток начинает течь в роторе, потому что проводники ротора двигателя замыкаются накоротко. Крутящий момент создается в роторе за счет взаимодействия магнитного поля и тока, протекающего в роторе, и ротор начинает вращаться.

Асинхронный двигатель вращается с синхронной скоростью? Нет, если ротор вращается с синхронной скоростью, индуцированное в роторе напряжение будет равно нулю, и ток ротора также будет равен нулю. Следовательно, крутящий момент двигателя равен нулю. Работа двигателя невозможна, если ротор пытается вращаться с синхронной скоростью. Ротор асинхронного двигателя всегда отстает от синхронной скорости двигателя.

Определение скольжения

Отставание фактической скорости (N) двигателя от синхронной скорости (Ns) называется скольжением.

Скольжение асинхронного двигателя обозначается символом S. Скольжение асинхронного двигателя представляет собой разницу между синхронной скоростью и фактической скоростью и может быть математически записано как ;

S = Ns – N

Фактическая скорость двигателя всегда меньше синхронной скорости двигателя.

Скольжение может быть представлено в процентах (%) как;

Скольжение также может быть представлено в единицах (о.е.). Дробная часть синхронной скорости называется дробным скольжением или единичным скольжением.

Скорость вращения ротора двигателя можно определить с помощью следующего математического выражения.

Скольжение асинхронного двигателя также может быть выражено угловой скоростью, синхронной скоростью и фактической скоростью.

Скольжение асинхронного двигателя варьируется от 2 до 4 %.

Наглядные примеры:

4-полюсный асинхронный двигатель с частотой 50 Гц имеет скольжение 4 %. Какова реальная скорость двигателя?

Синхронная скорость 4-полюсного асинхронного двигателя 50 Гц составляет

Ns= 120 x 50/4 = 1500 об/мин.

Скольжение = 0,04

Фактическая скорость N = Ns(1-S)

n = 1500 (1-0,04)

n = 1500 x 0,96

n = 1440 об / мин

A 4 Полюса, скорость индукционного моторного ротора 50 Гц составляет 1480 об / мин. Какова скорость скольжения двигателя? Двигатель потребляет 500 кВт от источника питания. Каковы потери меди в двигателе.

Синхронная скорость 4-полюсного асинхронного двигателя 50 Гц составляет
Ns = 120 x 50/4 = 1500 об/мин.

Фактическая скорость (N) = 1480 об/мин

Скольжение (S) = (Ns-N)/Ns x 100

        S = (1500-1480)/1500 x 100 1,33 %

Входная мощность = 500 кВт
Потеря меди = скольжение x Входная мощность
Потеря меди = 0,0133 x 500
Потеря меди = 6,66 кВт

115
9.
Характеристики момента скольжения асинхронного двигателя

Что такое «Скорость скольжения в асинхронном двигателе»? — его важность

Определение: Скольжение в асинхронном двигателе представляет собой разницу между скоростью основного потока и скоростью вращения ротора. Символ S представляет промах. Она выражается в процентах от синхронной скорости. Математически это записывается как

Значение скольжения при полной нагрузке варьируется от 6% до в случае небольшого двигателя и 2% в случае большого двигателя.

Асинхронный двигатель никогда не работает на синхронной скорости. Скорость ротора всегда меньше синхронной скорости. Если скорость ротора равна синхронной скорости, между неподвижными проводниками ротора и основным полем не возникает относительного движения.

Тогда в роторе не индуцируется ЭДС и в проводниках ротора возникает нулевой ток. Электромагнитный момент также не индуцируется. Таким образом, скорость ротора всегда поддерживается немного меньше синхронной скорости. Скорость, с которой работает асинхронный двигатель, известна как скорость скольжения .

Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью вращения ротора называется скоростью скольжения. Другими словами, скорость скольжения показывает относительную скорость ротора относительно скорости поля.

Скорость ротора немного меньше синхронной скорости. Таким образом, скорость скольжения выражает скорость ротора относительно поля.

• Если N _s — это синхронная скорость в оборотах в минуту.
• N _r фактическая скорость вращения ротора в оборотах в минуту.

Скорость скольжения асинхронного двигателя определяется как

Дробная часть синхронной скорости называется Per Unit Slip или Fractional Slip . Скольжение на единицу называется скольжением . Обозначается с.

Таким образом, скорость ротора определяется уравнением, показанным ниже:

В качестве альтернативы, если

• n _с синхронная скорость в оборотах в секунду
• n _r фактическая скорость ротора в оборотах в секунду.

Затем

Проскальзывание в оборотах в секунду в процентах дается, как показано ниже.

Скольжение асинхронного двигателя варьируется от 5 процентов для малых двигателей до 2 процентов для больших двигателей.

Скольжение играет важную роль в асинхронном двигателе. Как известно, скорость скольжения – это разница между синхронной и роторной скоростью асинхронного двигателя. ЭДС индуцируется в роторе из-за относительного движения, или, можно сказать, из-за скорости скольжения двигателя. Итак,

Ток ротора прямо пропорционален ЭДС индукции.

Крутящий момент прямо пропорционален току ротора.

Следовательно, Следовательно, крутящий момент прямо пропорционален скольжению.