Категории

Схемы частотных преобразователей для асинхронных двигателей

Частотник, частотный преобразователь 220 - 380 регулятор оборотов электродвигателя

Статьи и схемы

Содержание:
  1. Что такое частотный преобразователь
  2. Принцип действия
  3. Настройка частотного преобразователя для электродвигателя
  4. Подбор частотного преобразователя для двигателя
  5. Видео

Трехфазные асинхронные двигатели нашли самое широкое применение в промышленности и других областях. Современное оборудование просто невозможно представить без этих агрегатов. Одной из важнейших составляющих рабочего цикла машин и механизмов является их плавный пуск и такая же плавная остановка после выполнения поставленной задачи. Такой режим обеспечивается путем использования преобразователей частоты. Эти устройства проявили себя наиболее эффективными в больших электродвигателях, обладающих высокой мощностью.

С помощью преобразователей частоты успешно выполняется регулировка пусковых токов, с возможностью контроля и ограничения их величины до нужных значений. Для правильного использования данной аппаратуры необходимо знать принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя. Его применение позволяет существенно увеличить срок службы оборудования и снизить потери электроэнергии. Электронное управление, кроме мягкого пуска, обеспечивает плавную регулировку работы привода в соответствии с установленным соотношением между частотой и напряжением.

Что такое частотный преобразователь

Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.

Преобразователи частоты нередко называются инверторами. Их основной принцип действия заключается в выпрямлении переменного напряжения промышленной сети. Для этого применяются выпрямительные диоды, объединенные в общий блок. Фильтрация тока осуществляется конденсаторами с высокой емкостью, которые снижают до минимума пульсации поступающего напряжения. В этом и заключается ответ на вопрос для чего нужен частотный преобразователь.

В некоторых случаях в схему может быть включена так называемая цепь слива энергии, состоящая из транзистора и резистора с большой мощностью рассеивания. Данная схема применяется в режиме торможения, чтобы погасить напряжение, генерируемое электродвигателем. Таким образом, предотвращается перезарядка конденсаторов и преждевременный выход их из строя. В результате использования частотников, асинхронные двигатели успешно заменяют электроприводы постоянного тока, имеющие серьезные недостатки. Несмотря на простоту регулировки, они считаются ненадежными и дорогими в эксплуатации. В процессе работы постоянно искрят щетки, а электроэрозия приводит к износу коллектора. Двигатели постоянного тока совершенно не подходят для взрывоопасной и запыленной среды.

В отличие от них, асинхронные двигатели значительно проще по своему устройству и надежнее, благодаря отсутствию подвижных контактов. Они более компактные и дешевые в эксплуатации. К основному недостатку можно отнести сложную регулировку скорости вращения традиционными способами. Для этого было необходимо изменять питающее напряжение и вводить дополнительные сопротивления в цепь обмоток. Кроме того, применялись и другие способы, которые на практике оказывались неэкономичными и не обеспечивали качественной регулировки скорости. Но, после того как появился преобразователь частоты для асинхронного двигателя, позволяющий плавно регулировать скорость в широком диапазоне, все проблемы разрешились.

Одновременно с частотой изменяется и подводимое напряжение, что позволяет увеличить КПД и коэффициент мощности электродвигателя. Все это позволяет получить высокие энергетические показатели асинхронных двигателей, продлить срок их эксплуатации.

Принцип действия частотного преобразователя

Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.

В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения. Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах. Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.

Управление асинхронными двигателями осуществляется двумя способами:

  • Скалярное управление действует в соответствии с линейным законом, согласно которому амплитуда и частота находятся в пропорциональной зависимости между собой. Изменяющаяся частота приводит к изменениям амплитуды поступающего напряжения, оказывая влияние на уровень крутящего момента, коэффициент полезного действия и коэффициент мощности агрегата. Следует учитывать зависимость выходной частоты и питающего напряжения от момента нагрузки на валу двигателя. Для того чтобы момент нагрузки был всегда равномерным, отношение амплитуды напряжения к выходной частоте должно быть постоянным. Данное равновесие как раз и поддерживается частотным преобразователем.
  • Векторное управление удерживает момент нагрузки в постоянном виде во всем диапазоне частотных регулировок. Повышается точность управления, электропривод более гибко реагирует на изменяющуюся выходную нагрузку. В результате, момент вращения двигателя находится под непосредственным управлением преобразователя. Нужно учитывать, что момент вращения образуется в зависимости от тока статора, а точнее – от создаваемого им магнитного поля. Под векторным управлением фаза статорного тока изменяется. Эта фаза и есть вектор тока осуществляющий непосредственное управление моментом вращения.

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя

Для того чтобы преобразователь частоты для асинхронного двигателя в полном объеме выполнял свои функции, его необходимо правильно подключить и настроить. В самом начале подключения в сети перед прибором размещается автоматический выключатель. Его номинал должен совпадать с величиной тока, потребляемого двигателем. Если частотник предполагается эксплуатировать в трехфазной сети, то автомат также должен быть трехфазным, с общим рычагом. В этом случае при коротком замыкании на одной из фаз можно оперативно отключить и другие фазы.

Ток срабатывания должен обладать характеристиками, полностью соответствующими току отдельной фазы электродвигателя. Если частотный преобразователь планируется использовать в однофазной сети, в этом случае рекомендуется воспользоваться одинарным автоматом, номинал которого должен в три раза превышать ток одной фазы. Независимо от количества фаз, при установке частотника, автоматы не должны включаться в разрыв заземляющего или нулевого провода. Рекомендуется использовать только прямое подключение.

При правильной настройке и подключении частотного преобразователя, его фазные провода должны соединяться с соответствующими контактами электродвигателя. Предварительно обмотки в двигателе соединяются по схеме «звезда» или «треугольник», в зависимости от напряжения, выдаваемого преобразователем. Если оно совпадает с меньшим значением, указанным на корпусе двигателя, то применяется соединение треугольником. При более высоком значении используется схема «звезда».

Далее выполняется подключение частотного преобразователя к контроллеру и пульту управления, который входит в комплект поставки. Все соединения осуществляются в соответствии со схемой, приведенной в руководстве по эксплуатации. Рукоятка должна находиться в нейтральном положении, после чего включается автомат. Нормальное включение подтверждается световым индикатором, загорающимся на пульте. Для того чтобы преобразователь заработал, нажимается кнопка RUN, запрограммированная по умолчанию.

После незначительного поворота рукоятки, двигатель начинает постепенно вращаться. Для переключения вращения в обратную сторону, существует специальная кнопка реверса. Затем с помощью рукоятки настраивается нужная частота вращения. На некоторых пультах вместо частоты вращения электродвигателя, отображаются данные о частоте напряжения. Поэтому рекомендуется заранее внимательно изучить интерфейс установленной аппаратуры.

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

Благодаря частотным преобразователям, работа современных асинхронных двигателей отличается высокой эффективностью, устойчивостью и безопасностью. Это особенно важно, поскольку каждый электродвигатель отличается индивидуальными особенностями режима работы. Поэтому оптимизации параметров питания агрегатов с использованием преобразователей частоты придается большое значение. Когда частотный преобразователь выбирается для каких-либо конкретных целей, в этом случае должны обязательно учитываться его рабочие параметры.

Нормальная работа устройства будет зависеть от типа электродвигателя, его мощности, диапазона, скорости и точности регулировок, а также от поддержания стабильного момента вращения вала. Эти показатели имеют первостепенное значение и должны органично сочетаться с габаритами и формой аппарата. Следует обратить особое внимание на то, как расположены элементы управления и будет ли удобно им пользоваться.

Выбирая устройство, необходимо заранее знать, в каких условиях оно будет эксплуатироваться. Если сеть однофазная, то и преобразователь должен быть таким же. То же самое касается и трехфазных аппаратов. Многое зависит от мощности асинхронных двигателей. Если при запуске на валу необходим высокий пусковой момент, то и частотный преобразователь должен быть рассчитан на большее значение тока.

Источник: https://electric-220.ru/news/princip_raboty_chastotnogo_preobrazovatelja_dlja_asinkhronnogo_dvigatelja/2017-03-30-1215

Схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя

Ротор любого электродвигателя приводится в движение под действием сил, вызванных вращающимся электромагнитным полем внутри обмотки статора. Скорость его оборотов обычно определяется промышленной частотой электрической сети.

Ее стандартная величина в 50 герц подразумевает совершение пятидесяти периодов колебаний в течение одной секунды. За одну минуту их число возрастает в 60 раз и составляет 50х60=3000 оборотов. Такое же число раз проворачивается ротор под воздействием приложенного электромагнитного поля.

Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Этот принцип заложен в основу управления электродвигателями.

Виды частотных преобразователей

По конструкции частотные преобразователи бывают:

1. индукционного типа;

2. электронные.

Асинхронные электродвигатели, выполненные по схеме с фазным ротором и запущенные в режим генератора, являются представителями первого вида. Они при работе обладают низким КПД и отмечаются маленькой эффективностью. Поэтому они не нашли широкого применения в производстве и используются крайне редко.

Способ электронного преобразования частоты позволяет плавно регулировать обороты как асинхронных, так и синхронных машин. При этом может быть реализован один из двух принципов управления:

1. по заранее заданной характеристике зависимости скорости вращения от частоты (V/f);

2. метод векторного управления.

Первый способ является наиболее простым и менее совершенным, а второй используется для точного регулирования скоростей вращения ответственного промышленного оборудования.

Особенности векторного управления частотным преобразованием

Отличием этого способа является взаимодействие, влияние устройства управления преобразователя на «пространственный вектор» магнитного потока, вращающийся с частотой поля ротора.

Алгоритмы для работы преобразователей по этому принципу создаются двумя способами:

1. бессенсорного управления;

2. потокорегулирования.

Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции (ШИМ) инвертора для заранее подготовленных алгоритмов. При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.

Этим способом пользуются при управлении несколькими электродвигателями, подключенными параллельно к преобразователю частоты. Потокорегулирование подразумевает контроль рабочих токов внутри двигателя с разложением их на активную и реактивную составляющие и внесение корректив в работу преобразователя для выставления амплитуды, частоты и угла для векторов выходного напряжения.

Это позволяет повысить точность работы двигателя и увеличить границы его регулирования. Применение потокорегулирования расширяет возможности приводов, работающих на малых оборотах с большими динамическими нагрузками, такими как подъемные крановые устройства или намоточные промышленные станки.

Использование векторной технологии позволяет применять динамическую регулировку вращающихся моментов к трехфазным асинхронным двигателям.

Схема замещения

Принципиальную упрощенную электрическую схему асинхронного двигателя можно представить следующим видом.

На обмотки статора, обладающие активным R1 и индуктивным X1 сопротивлениями, приложено напряжение u1. Оно, преодолевая сопротивление воздушного зазора Хв, трансформируется в обмотку ротора, вызывая в ней ток, который преодолевает ее сопротивление.

Векторная диаграмма схемы замещения

Ее построение помогает понять происходящие процессы внутри асинхронного двигателя.

Энергия тока статора разделяется на две части:

  • iµ — потокообразующую долю;

  • iw — моментообразующую составляющую.

При этом ротор обладает активным сопротивлением R2/s, зависящим от скольжения.

Для бессенсорного управления измеряются:

По их значениям рассчитывают:

  • iµ — потокообразующую составляющую тока;

  • iw — моментообразующую величину.

В алгоритм расчета уже заложили электронную эквивалентную схему асинхронного двигателя с регуляторами тока, в которой учтены условия насыщения электромагнитного поля и потерь магнитной энергии в стали.

Обе этих составляющих векторов тока, отличающиеся по углу и амплитуде, вращаются совместно с системой координат ротора (ω) и пересчитываются в стационарную систему ориентации по статору (α, β).

По этому принципу подстраиваются параметры частотного преобразователя под нагрузку асинхронного двигателя.

Принцип работы частотного преобразователя

В основу этого устройства, которое еще называют инвертором, заложено двойное изменение формы сигнала питающей электрической сети.

Вначале промышленное напряжение подается на силовой выпрямительный блок с мощными диодами, которые убирают синусоидальные гармоники, но оставляют пульсации сигнала. Для их ликвидации предусмотрена батарея конденсаторов с индуктивностью (LC-фильтр), обеспечивающая стабильную, сглаженную форму выпрямленному напряжению.

Затем сигнал поступает на вход преобразователя частоты, который представляет собой мостовую трехфазную схему из шести силовых транзисторов серии IGBT или MOSFET с диодами защиты от пробоя напряжений обратной полярности. Используемые ранее для этих целей тиристоры не обладают достаточным быстродействием и работают с бо́льшими помехами.

Для включения режима «торможения» двигателя в схему может быть установлен управляемый транзистор с мощным резистором, рассеивающим энергию. Такой прием позволяет убирать генерируемое двигателем напряжение для защиты конденсаторов фильтра от перезарядки и выхода из строя.

Способ векторного управления частотой преобразователя позволяет создавать схемы, осуществляющие автоматическое регулирование сигнала системами САР. Для этого используется система управления:

1. амплитудная;

2. ШИМ (широтного импульсного моделирования).

Метод амплитудного регулирования основан на изменении входного напряжения, а ШИМ — алгоритма переключений силовых транзисторов при неизменном напряжении входа.

При ШИМ регулировании создается период модуляции сигнала, когда обмотка статора подключается по строгой очередности к положительным и отрицательным выводам выпрямителя.

Поскольку частота такта генератора довольно высокая и расположена в пределах 2÷15 кГц, то в обмотке электродвигателя, обладающего индуктивным сопротивлением, происходит их сглаживание до синусоиды нормального вида.

Способы ШИМ управления позволяют максимально исключить потери энергии и обеспечивают высокий КПД преобразования за счет одновременного управления частотой и амплитудой. Они стали доступны благодаря развитию технологий управления силовыми запираемыми тиристорами серии GTO или биполярных марок транзисторов IGBT, обладающих изолированным затвором.

Принципы их включения для управления трехфазным двигателем показаны на картинке.

Каждый из шести IGBT-транзисторов V1÷6 подключается по встречно-параллельной схеме к своему диоду обратного тока D1÷6. При этом через силовую цепь каждого транзистора проходит активный ток асинхронного двигателя, а его реактивная составляющая направляется через диоды.

Для ликвидации влияния внешних электрических помех на работу инвертора и двигателя в конструкцию схемы преобразователя частоты может включаться помехозащитный фильтр, ликвидирующий:

  • радиопомехи;

  • наводимые работающим оборудованием электрические разряды.

Их возникновение сигнализирует контроллер, а для уменьшения воздействия используется экранированная проводка между двигателем и выходными клеммами инвертора.

С целью улучшения точности работы асинхронных двигателей в схему управления частотных преобразователей включают:

  • ввода связи с расширенными возможностями интерфейса;

  • встроенный контроллер;

  • карту памяти;

  • программное обеспечение;

  • информационный Led-дисплей, отображающий основные выходные параметры;

  • тормозной прерыватель и встроенный ЭМС фильтр;

  • систему охлаждения схемы, основанную на обдуве вентиляторами повышенного ресурса;

  • функцию прогрева двигателя посредством постоянного тока и некоторые другие возможности.

Эксплуатационные схемы подключения

Частотные преобразователи создаются для работы с однофазными или трехфазными сетями. Однако, если есть промышленные источники постоянного тока с напряжением 220 вольт, то от них тоже можно запитывать инверторы.

Трехфазные модели рассчитываются на напряжение сети 380 вольт и выдают его на электродвигатель. Однофазные же инверторы питаются от 220 вольт и на выходе выдают три разнесенных по времени фазы.

Схема подключения частотного преобразователя к двигателю может быть выполнена по схемам:

Обмотки двигателя собираются в «звезду» для преобразователя, запитанного от трехфазной сети 380 вольт.

По схеме «треугольник» собирают обмотки двигателя, когда питающий его преобразователь подключен к однофазной сети 220 вольт.

Выбирая способ подключения электрического двигателя к преобразователю частоты надо обращать внимание на соотношение мощностей, которые может создать работающий двигатель на всех режимах, включая медленный, нагруженный запуск, с возможностями инвертора.

Нельзя постоянно перегружать частотный преобразователь, а небольшой запас его выходной мощности обеспечит ему длительную и безаварийную работу.

Источник: http://ElectricalSchool.info/elprivod/1658-chastotnyjj-preobrazovatel-vidy-princip.html

Преобразователь частоты для асинхронного двигателя: структурная схема и основные узлы

Прежде чем разбираться с тем, что собой представляет преобразователь частоты, необходимо знать, что такое асинхронный двигатель. Итак, под асинхронным двигателем понимают техническое устройство, которое предназначено для того чтобы преобразовывать электрическую энергию в механическую. Устройство работает от электричества с переменным током. При этом необходимо отметить, что частота магнитного поля, созданного в результате тока статорной обмотки, не равна частоте вращения механизма. Итак, что же такое преобразователь частоты для асинхронного двигателя? Ознакомиться с обзором какие бывают светодиодные лампы для дома и как выбрать можно здесь.

Преобразователь частоты для асинхронного двигателя на фото

Содержание статьи

Принцип работы

В том случае, если регулировка асинхронного двигателя механическим методом привилегилирует, то стоит знать о том, что период эксплуатации устройства сократиться в несколько раз. Также не получится избежать потерь энергетического типа. Причина кроется в том, что показатель электрического тока будет выше номинального показателя используемого сетевого напряжения. А это условие недопустимо для стандартных (имеются ввиду нормальные условия) работы технического устройства.

Сам по себе принцип работы преобразователя частот предполагает использование управления электронного типа. Это не только оказывает влияние на мягкость пуска, но и позволяет плавно регулировать работу приводов. При этом всегда будет сделан акцент частотную характеристику статора и напряжения.

Главное преимущество такого механического устройства – это значительная экономия электрической энергии. В среднем этот показатель равняется 50%.

Еще учтена возможность регулирования работы устройства. Можно будет учесть даже регулировочные особенности каждого отдельного производителя.

Работает сам механизм по принципу двойного преобразования показателя напряжения:

  • Сетевое напряжение фильтруют и выпрямляют перед подачей на систему конденсаторов.
  • Потом используют электронное управление.

Выбор

При выборе преобразователя необходимо делать акцент на:

  • Тип управления механическим устройством – скалярный или векторный;
  • Уровень мощности устройства;
  • Диапазон сетевого напряжения;
  • Частотная характеристика;
  • Необходимо чтобы шина совпадала со схемой подключения преобразователя.

Еще стоит учитывать и перегрузочные особенности механизма. В том случае, если невероятно важны пиковые нагрузки, то стоит отдать предпочтение частотному преобразователь с показателем тока пикового типа на 10% выше первоначального. Обзор бытовых галогенных ламп и как выбрать здесь: http://howelektrik.ru/osveshhenie/lampy/galogenovye/bytovye-galogenovye-lampyobzor-i-kak-vybrat.html.

Виды и характеристики

На фото самодельный частотный преобразователь для асинхронного двигателя

На данный момент на отечественном рынке можно встретить следующие разновидности преобразователей частотного двигателя:
  • самодельный вариант является самым распространённым. Его можно собрать собственными руками. Главное иметь соответствующие комплектующие и техническое оборудование. Очень важно следовать специальной схеме, иначе собранное устройство быстро выйдет из строя. Читайте как работает трансформатор для галогенных ламп и какой выбрать на этой странице.
  • частотный преобразователь для однофазного электродвигателя можно купить в магазине электрической техники. Все что требуется – это знать технические характеристики уже имеющегося асинхронного двигателя.
  • На снимке частотный преобразователь для однофазного электродвигателя

  • SV ig5a – оборудован особой системой вентилирования, которая существенно увеличивает эффективность работы устройства.

Преобразователь частоты для асинхронных двигателей SV ig5a на фото

Устройство цифрового преобразователя

Само устройство состоит из следующих элементов:

  • Обмотка двигателя;
  • Также имеются драйвера трехфазного моста;
  • Микроконтроллеры;
  • Программатор и транзисторы.
  • Для управления используются кнопки и жк-индикаторы.

На схеме указан принцип работы цифрового преобразователя

Схема

Для того чтобы частотный преобразователь можно было использовать для любого типа асинхронных двигателей.  Необходимо собирать их в соответствии с определенными типовыми схемами. Только так можно получить одну систему и вариативность использования преобразователей и двигателей асинхронного типа.

Схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя

На сегодняшний день существует две схемы, которые широко используются как на территории Российской Федерации, так и в странах постсоветского пространства. Читайте руководство как сделать генератор их асинхронного двигателя.

Это так называемые схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя и схема врезки или подключения частотного преобразователя к электродвигателю. Главное помнить о том, что от качества и правильности подключения зависит безопасность самого потребителя.

Схема врезки или подключения частотного преобразователя к электродвигателю

Стоимость

Приобрести частотный преобразователь для двигателя асинхронного типа можно как в специализированном магазине, так и у региональных дилеров. Стоимость оборудования данного типа варьируется в промежутке от 15 000 до 70 000 рублей. Читайте принцип работы микроволновой печи и устройство магнетрона.

Где купить преобразователь частоты для асинхронных двигателей?

В Москве:

  1. ООО «ОвенКомплектАвтоматика» г.Москва, 1-й Вешняковский пр-д, д.2, Контактный телефон: (495) 709-79-09, (499) 784-44-70, (499) 784-44-80;
  2. General centre г.Москва,127254, ул. Яблочкова, д.10а, рядом с м. Тимирязевская (5 минут пешком), Контактный телефон: +7 (499) 341-15-20;
  3. Тоговая компания РусИнСнаб г. Москва поселок фабрики имени 1-го Мая Контактный телефон: +7 (926) 382-60-50

В Санкт-Петербурге:

  1. Торговая компания Электро Северо-Запад, г. Санкт-Петербург, Петергофское шоссе, д. 73, Контактный телефон: +7 (812) 332-44-94;
  2. Лаборатория системной интеграции, г. Санкт-Петербург, Индустриальный пр., д. 44, офис 638А Контактный телефон: +7 (812) 937-78-55
  3. Телеконтроль, г. Санкт-Петербург, ул. Заставская, 7, БЦ «Мега парк, Контактный телефон: (812) 244-13-40, (495) 544-43-63.

Видео

Смотрите видео-ролик о трёхфазном преобразователе напряжения из асинхронного двигателя:

Управлять асинхронным двигателем нелегко. Именно по этой причине следует сделать акцент на покупке преобразователя. Стоит выбирать только модели высокого качества. иначе каждый потребитель рискует «заплатить дважды». Перед непосредственной покупкой оборудование необходимо проверить.

Источник: http://howelektrik.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/preobrazovateli/ustrojstvo-preobrazovatelya-chastoty-dlya-asinxronnogo-dvigatelya.html
Интересное: