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 →

17 часто задаваемых вопросов о преобразователе частоты и электродвигателе — Статьи

Дата публикации: 21.08.2019

В данной статье мы подобрали для вас ответы на наиболее часто задаваемые вопросы по работе электродвигателей и частотных преобразователей.

1. Что такое электромеханический привод?

Ответ: Электромеханический привод – это система, состоящая из электродвигателя, механического передаточного устройства, электрического силового преобразователя и электронного устройства управления, осуществляющая управляемое преобразование электрической энергии в энергию движения механического объекта.

2. Что такое преобразователь частоты?

Ответ: Преобразователь частоты – это устройство для управляемого питания электродвигателя.

3. В чем заключается назначение преобразователя частоты?

Ответ: Назначение преобразователя частоты – это управление моментом/скоростью вращения электродвигателя за счет изменения частоты и напряжения питания.

4. Что такое ШИМ?

Ответ: ШИМ (Широтно импульсная модуляция) – это метод получения регулируемого выходного напряжения путем изменения длительности коммутации.

5. Как согласуется выходное напряжение ПЧ с входным?

Ответ: Выходное напряжение может меняться от 0 до уровня входного напряжения ПЧ (возможна перегрузка в несколько процентов). Соответственно при питании ПЧ от сети 220В не возможно развить номинальный момент на двигателе подключенным по схеме питания 380В.

6. Как согласуется выходная частота ПЧ с номинальной входной?

Ответ:  Выходная частота формируется посредством ШИМ и может меняться в диапазоне от 0 до 400 -590 Гц (в зависимости от модели ПЧ). В зависимости от выходной частоты ПЧ меняется скорость вращения вала двигателя.

7. Возможно ли управлять ПЧ однофазными двигателями?

Ответ: Нет.

8. Возможно ли управлять ПЧ с однофазным питанием, трехфазными двигателями?

Ответ: Да, до 2,2 кВт.

9. Основные плюсы использования преобразователей частоты?

Ответ: Их 2. Во-первых, экономия электроэнергии при работе электродвигателя. Во-вторых, реализация сложных технологических процессов за счет изменения частоты вращения приводов.

10. Какой принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

Ответ: ПЧ создает вращающееся магнитное поле в статоре, а оно создает электрическое поле в короткозамкнутом роторе (принцип магнитной индукции). Происходит взаимодействие между полями ротора и статора. Поле ротора стремится вращаться также как поле статора, тем самым ротор приходит во вращение.

11. От чего зависит номинальная скорость вращения ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

Ответ: Она зависит от частоты питающего напряжения и количества пар полюсов и скольжения. Преобразователь частоты позволяет регулировать частоту питающего напряжения и тем самым скорость вращения вала ЭД.

12. Какое значение имеет скорость вращения вала электродвигателя при его работе от сети?

Ответ: Скорость равна номинальной частоте двигателя.

13. Какова скорость вращения вала электродвигателя при его работе от ПЧ?

Ответ: Скорость регулируется от ПЧ .

14. Как связан момент с током электродвигателя?

Ответ: Для двигателя с постоянными магнитами момент пропорционален току статора. Для асинхронных двигателей зависимость между током и моментом нелинейная, но в рабочей зоне рост тока приводит к росту момента.

15: Какие существуют способы подключения обмоток двигателя?

Ответ: Треугольник, Звезда (изменяется номинальное напряжение и ток двигателя).

16: При подключении в звезду или треугольник будет больше номинальное линейное напряжение двигателя?

Ответ: Линейное напряжение будет больше для звезды (соответственно ток наоборот меньше).

17: Что такое скольжение?

Ответ: Скольжение – это разница между скоростью поля  статора и частотой вращения ротора в процентах.

Смотрите так же:

Функция «Спящий режим» преобразователя частоты Danfoss FC-051 (Реализация на встроенном контроллере)

Управление частотным преобразователем Danfoss серии FC51 с панели оператора Weintek MT8121XE1WK

Для заказа преобразователя частоты перейдите в каталог

Мощность двигателя и крутящий момент по сравнению с частотой ЧРП

Мой январь 2013 г. Колонка Pumps & Systems посвящена снижению мощности двигателя (л.с.) по мере снижения частоты с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП). У меня было несколько запросов вернуться к этой теме и объяснить взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом в широком диапазоне частот.

Взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом
Взаимосвязь между мощностью в лошадиных силах и крутящим моментом, создаваемым электродвигателем, может вызвать некоторое недоумение. Когда этот двигатель управляется частотно-регулируемым приводом, это может сбивать с толку.

В линейной среде работа является произведением силы, приложенной к объекту, и расстояния, которое объект проходит под действием этой силы:

w = fd

Во вращательной среде крутящий момент эквивалентен работе, но его значение немного сложнее. Крутящий момент равен приложенной силе, ее расстоянию от оси вращения (радиусу) и углу (θ), под которым приложена сила:

t = f(r sin θ)

В США крутящий момент выражается в фунт-футах (lb-ft). Когда я учился в школе, это были фут-фунты (ft-lbs), и я до сих пор использую старое значение. Крутящий момент показывает, сколько работы выполнено, но ничего не говорит о том, как быстро эта работа будет завершена.
Мощность — это скорость, с которой выполняется крутящий момент (работа):

p = t/time

В США в качестве единицы мощности используется л.с. Два приведенных ниже уравнения показывают взаимосвязь мощности и крутящего момента при изменении скорости двигателя. Константа 5 252 является результатом деления исходных данных теста Джеймса Ватта (33 000) на 2 пи (π).

л.с. = (t x об/мин) / 5 252 
t = (л.с. x 5 252) / об/мин

Исходя из соотношения, крутящий момент должен удвоиться, если л.с. остается постоянным при уменьшении скорости наполовину. Чтобы производить ту же мощность на более низкой скорости, двигатель должен выполнять в два раза больше работы за один оборот, что требует вдвое большего крутящего момента. Вот почему вал и рама 900 об/мин обычно больше, чем у двигателя на 1800 об/мин той же лошадиной силы.

Внедрение частотно-регулируемого привода
Когда скорость двигателя переменного тока регулируется частотно-регулируемым приводом, мощность или крутящий момент будут изменяться в зависимости от изменения частоты. На рис. 1 представлена ​​графическая иллюстрация этих изменений. Ось X — скорость двигателя от 0 до 120 герц. Ось Y — это процент л.с. и крутящего момента. При 60 Гц (базовая частота вращения двигателя) мощность и крутящий момент равны 100 %. Когда частотно-регулируемый привод снижает частоту и скорость двигателя, он также снижает напряжение, чтобы поддерживать постоянное соотношение вольт/герц. Крутящий момент остается на уровне 100 процентов, но HP снижается прямо пропорционально изменению скорости.

При частоте 30 Гц HP составляет всего 50 процентов от HP при 60 Гц. Это происходит потому, что общий крутящий момент, создаваемый в единицу времени, также уменьшается на 50 процентов из-за меньшего количества оборотов двигателя. Вы можете использовать уравнения HP и крутящего момента, чтобы проверить эту взаимосвязь.

Рисунок 1. Мощность и крутящий момент изменяются при разных частотах

Когда ЧРП увеличивает частоту выше 60 Гц, мощность и крутящий момент совершают полный триггер. HP остается на уровне 100 процентов, а крутящий момент уменьшается по мере увеличения частоты. Уменьшение крутящего момента происходит из-за увеличения импеданса двигателя с увеличением частоты. Поскольку частотно-регулируемый привод не может увеличить напряжение выше напряжения питания, ток уменьшается по мере увеличения частоты, уменьшая доступный крутящий момент.

Теоретически крутящий момент уменьшается на отношение базовой скорости к более высокой скорости (60 Гц / 90 Гц = 67 процентов). В реальных приложениях другие факторы могут снизить фактический доступный крутящий момент значительно ниже теоретических значений, показанных на рис. 1. К ним относятся повышенное трение в подшипниках, повышенная нагрузка на вентилятор и дополнительная аэродинамическая нагрузка на ротор. Крутящий момент двигателя при полной нагрузке должен снижаться при работе на частоте выше 60 Гц. Типичные рекомендации производителей по снижению номинальных характеристик предлагают использовать отношение базовой частоты к максимальной частоте для скоростей до 90 герц. На скоростях выше 90 герц часто используется квадрат отношения.

Конечные пользователи должны проконсультироваться со своим производителем, прежде чем эксплуатировать двигатель со скоростью, превышающей его базовую скорость. Типичными проблемами являются балансировка ротора, срок службы подшипников и критическая скорость. Высококачественные двигатели со скоростью вращения 1800 и 1200 об/мин и мощностью до 200 л.с. должны без проблем работать на двухкратной базовой скорости. Превышение скорости обычно не допускается для двигателей с частотой вращения 3600 об/мин и мощностью более 50 л.с. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) MG1 содержит несколько рекомендаций по превышению скорости, которым должны соответствовать производители.

Вы когда-нибудь совершали ошибку, запуская 230-вольтовый двигатель на 460 вольт? Если это так, вы, вероятно, заметили много дыма в комнате. Однако есть приложения, в которых это действительно может работать. Новый способ обеспечить постоянный крутящий момент на скоростях, превышающих базовые, — это запустить двигатель на 230 вольт на частотно-регулируемом приводе на 460 вольт. В этих приложениях привод запрограммирован на подачу полного напряжения на частоте 120 Гц, а затем пропорционально снижает напряжение по мере снижения скорости. При 90 Гц выходное напряжение будет 345 вольт, а при 60 герцах оно будет соответствовать напряжению, указанному на паспортной табличке двигателя (230 вольт). Отношение вольт/герц остается постоянным на уровне 3,83 во всем диапазоне скоростей.

Электрические двигатели — скорость в зависимости от количества полюсов и частоты

Скорость электродвигателей с 2, 4, 6 или 8 полюсами при 50 Гц и 60 Гц.

Рекламные ссылки

Скорость, с которой работает электрический асинхронный двигатель, зависит от

• входной мощности частоты, и
• количества электрических магнитных полюсов

9007 8

901

Рекламные ссылки Документы

Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование онлайн!

Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, увлекательными и бесплатными программами SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!

Перевести

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложения на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.