Принцип работы частотного преобразователя для электродвигателя – советы электрика

Частотный преобразователь для электродвигателя

В текущее время, асинхронный электродвигатель стал главным устройством в большинстве электроприводов. Все почаще для управления им употребляется
частотный преобразователь – инвертор с ШИМ регулированием. Такое управление дает массу преимуществ, да и делает некие трудности выбора тех либо других технических решений. Попробуем разобраться в их более тщательно.

Выбор мощности частотного преобразователя

При выборе мощности частотного преобразователя нужно основываться не только лишь на мощности электродвигателя, да и на номинальных токах и напряжениях преобразователя и мотора. Дело в том, что обозначенная мощность
частотного преобразователя относится только к эксплуатации его со стандартным 4-х полюсным асинхронным электродвигателем в стандартном применении.

Реальные приводы имеют много качеств, которые могут привести к росту токовой нагрузке привода, к примеру, при пуске. В общем случае, применение частотного привода позволяет понизить токовые и механические нагрузки за счет плавного запуска. К примеру, пусковой ток понижается с 600% до 100-150% от номинального.

Работа привода на пониженной скорости

Нужно держать в голове, что хотя частотный преобразователь просто обеспечивает регулирование по скорости 10:1, но при работе мотора на низких оборотах мощности собственного вентилятора может не хватать. Нужно смотреть за температурой мотора и обеспечить принудительную вентиляцию.

Электрическая сопоставимость

Так как частотный преобразователь мощнейший источник высокочастотных гармоник, то для подключения движков необходимо использовать экранированный кабель малой длины. Прокладку такового кабеля нужно вести на расстоянии более 100 мм от других кабелей. Это минимизирует наводки. Если необходимо пересечь кабели, то скрещение делается под углом 90 градусов.

Питание от аварийного генератора

Плавный запуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет понизить нужную мощность генератора.

Потому что при таком пуске ток понижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно понизить мощность генератора.

Но все равно, меж генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от небезопасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазовой сети

Трехфазные частотные преобразователи могут быть запитаны от однофазовой сети, но при всем этом их выходной ток не должен превосходить 50% от номинального.

Экономия электроэнергии и средств

Экономия происходит по нескольким причинам. Во-1-х, за счет роста косинуса фи до значений 0.98, т.е. максимум мощности употребляется для совершения полезной работы, минимум уходит в утраты. Во-2-х, близкий к этому коэффициент выходит на всех режимах работы мотора.

Без частотного преобразователя, асинхронные движки на малых нагрузках имеют косинус фи 0.3-0.4. В-3-х, нет необходимости в дополнительных механических регулировках (заслонках, дросселях, вентилях, тормозах и т.д.), все делается электрическим образом. При таком устройстве регулирования, экономия может достигать 50%.

Синхронизация нескольких устройств

За счет дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать процессы на конвейере либо задавать соотношения конфигурации одних величин, зависимо от других. К примеру, поставить в зависимость скорость вращения шпинделя станка от скорости подачи резца. Процесс будет оптимизирован, т.к. при увеличении нагрузки на резец, подача будет уменьшена и напротив.

Защита сети от высших гармоник

Для дополнительной защиты, не считая маленьких экранированных кабелей, употребляются сетевые дроссели и шунтирующие конденсаторы. Дроссель, не считая того, ограничивает бросок тока при включении.

Верный выбор класса защиты

Для неотказной работы частотного привода нужен надежный теплоотвод. Если использовать высочайшие классы защиты, к примеру IP 54 и выше, то тяжело либо недешево достигнуть такового теплоотвода. Потому, можно использовать отдельный шкаф с высочайшим классом защиты, куда ставить модули с наименьшим классом и производить общую вентиляцию и остывание.

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

С целью понижения издержек, можно использовать один частотный преобразователь для управления несколькими
электродвигателями. Его мощность необходимо выбирать с припасом 10-15% от суммарной мощности всех электродвигателей. При всем этом необходимо минимизировать длины моторных кабелей и очень лучше ставить моторный дроссель.

Большая часть частотных преобразователей не допускают отключение либо подключение движков при помощи контакторов во время работы частотного привода. Это делается только через команду стоп привода.

Задание функции регулирования

Для получения наибольших характеристик работы электропривода, таких как: коэффициент мощности, коэффициент полезного деяния, перегрузочная способность, плавность регулирования, долговечность, необходимо верно выбирать соотношение меж конфигурацией рабочей частоты и напряжения на выходе частотного преобразователя.

Функция конфигурации напряжения находится в зависимости от нрава момента нагрузки.

При неизменном моменте, напряжение на статоре  электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const). Для вентилятора, к примеру, другое соотношение – U/F*F = const.

Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение необходимо прирастить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Достоинства использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Не считая увеличения КПД и сбережения энергии таковой электропривод позволяет получить новые свойства управления.

Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих утраты и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д.

Торможение, к примеру, может быть осуществлено за счет оборотного вращения электрического поля в статоре электродвигателя. Меняя только многофункциональную зависимость меж частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Чтение документации

Следует увидеть, что хотя частотные преобразователи похожи друг на друга и освоив один, просто разобраться с другим, все же, нужно кропотливо читать документацию.
Некие производители накладывают ограничения на внедрение собственной продукции, а при их нарушении снимают изделия с гарантии.

Андрей Повный, http://electricalschool.info/

Источник: http://elektrica.info/chastotny-j-preobrazovatel-dlya-e-lektrodvigatelya/

Принцип работы частотного преобразователя и критерии его выбора для потребителя

Краткое описание назначения, принципа работы и критериев выбора частотного преобразователя, как устройства управления асинхронным электродвигателем.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является сегодня самым массовым и надежным устройством для привода различных машин и механизмов. Но у каждой медали есть и обратная сторона.

Два основных недостатка асинхронного двигателя – это невозможность простой регулировки скорости вращения ротора, очень большой пусковой ток – в пять, семь раз превышающий номинальный.

Обратите внимание

Если использовать только механические устройства регулирования, то указанные недостатки приводят к большим энергетическим потерям и к ударным механическим нагрузкам.

Это крайне отрицательно сказывается на сроке службы оборудования.

Частотный преобразователь

В результате исследовательских работ в этом направлении родился новый класс приборов, позволивший решить эти проблемы не механическим, а электронным способом.

Частотный преобразователь с широтно–импульсным управлением (ЧП с ШИМ) снижает пусковые токи в 4-5 раз. Он обеспечивает плавный пуск асинхронного двигателя и осуществляет управление приводом по заданной формуле соотношения напряжение / частота.

Частотный преобразователь дает экономию по потреблению энергии до 50%. Появляется возможность включения обратных связей между смежными приводами, т.е. самонастройки оборудования под поставленную задачу и изменение условий работы всей системы.

Принцип работы частотного преобразователя

Частотный преобразователь с ШИМ представляет собой инвертор с двойным преобразованием напряжения. Сначала сетевое напряжение 220 или 380 В выпрямляется входным диодным мостом, затем сглаживается и фильтруется с помощью конденсаторов.

Это первый этап преобразования. На втором этапе из постоянного напряжения, с помощью микросхем управления и выходных мостовых IGBT ключей, формируется ШИМ последовательность определенной частоты и скважности.

На выходе частотного преобразователя выдаются пачки прямоугольных импульсов, но за счет индуктивности обмоток статора асинхронного двигателя, они интегрируются и превращаются наконец в напряжение близкое к синусоиде.

Критерии выбора частотных преобразователей

Выбор по функциям Каждый производитель пытается обеспечить себе конкурентное превосходство на рынке. Первое правило для обеспечения максимума продаж – это низкая цена.

Важно

Поэтому производитель стремиться включить в свое изделие только необходимые функции. А остальные предлагает в качестве опций. Прежде чем купить частотный преобразователь, определитесь, какие функции вам нужны.

Стоит выбирать тот прибор, который имеет большинство необходимых функций в базовом варианте.

По способу управления

Сразу отбрасывайте те преобразователи, которые не подходят по мощности, типу исполнения, перегрузочной способности и т.д. По типу управления, нужно определиться, что выбрать, скалярное или векторное управление.

Большинство современных частотных преобразователей реализуют векторное управление, но такие частотные преобразователи дороже, чем частотные преобразователи со скалярным управлением.

Векторное управление дает возможность более точного управления, снижая статическую ошибку. Скалярный режим только поддерживает постоянное соотношение между выходным напряжение и выходной частотой, но например, для вентиляторов это вполне достаточно.

Читайте также:  Обозначение дифавтомата на схеме - советы электрика

По мощности

Если мощности оборудования примерно одинаковы, то выбирайте преобразователи одной фирмы с мощностью по мощности максимальной нагрузки. Так вы обеспечите взаимозаменяемость и упростите обслуживание оборудования. Желательно, чтобы сервис центр выбранного частотного преобразователя был в вашем городе.

По сетевому напряжению

Всегда выбирайте преобразователь с максимально широким диапазоном напряжений как вниз, так и вверх. Дело в том, что для отечественных сетей само слово стандарт может вызвать только смех сквозь слезы. Если пониженное напряжение приведет, скорее всего, к отключению частотного преобразователя, то повышенное может вызвать взрыв сетевых электролитических конденсаторов и входу прибора из строя.

По диапазону регулировки частоты

Верхней предел регулировки частоты важен при использовании двигателей с высокими номинальными рабочими частотами, например для шлифовальных машин ( 1000 Гц и более). Убедитесь, что диапазон частот соответствует вашим потребностям.

Нижний предел определяет диапазон регулирования скорости привода. Стандарт – это 1:10. Если вам нужен более широкий диапазон, то выбирайте только векторное управление, запросите параметры привода у производителя.

Даже заявленный предел от 0 Гц, не гарантирует устойчивую работу привода.

По количеству входов управления

Дискретные входы нужны для ввода команд управления ( пуск, стоп, реверс, торможение и т.д.). Аналоговые входы необходимы для ввода сигналов обратной связи (регулировки и настройки привода в процессе работы).

Цифровые входы нужны для ввода высокочастотных сигналов от цифровых датчиков скорости и положения (энкодеров).

Совет

Количество входов много не бывает, но чем больше входов, тем сложнее систему можно построить, и тем она дороже.

По количеству выходных сигналов

Дискретные выходы используются для выхода сигналов о различных событиях (авария, перегрев, входное напряжение выше или ниже уровня, сигнал ошибки ит.д.). Аналоговые выходы используются для построения сложных систем с обратными связями. Рекомендации по выбору аналогичны предыдущему пункту.

По шине управления

Оборудование, с помощью которого вы будете управлять частотным преобразователем должно иметь ту же шину и количество входов выходов что и выбранный вами частотный преобразователь. Предусмотрите некоторый запас по входам и выходам для дальнейшей модернизации.

По сроку гарантии

Срок гарантии косвенно позволяет оценить надежность частотного преобразователя. Естественно, нужно выбирать частотный преобразователь с большим сроком.

Некоторые производители оговаривают особо случаи поломок, которые не являются гарантийными. Всегда тщательно читайте документацию и посмотрите в интернете отзывы о моделях и производителях оборудования.

Это поможет правильному выбору. Не жалейте денег на качественный сервис и обучение персонала.

Частотный преобразователь на стенде

По перегрузочным способностям

В первом приближении, мощность частотного преобразователя нужно выбирать на 10-15% больше мощности двигателя. Ток преобразователя должен быть больше номинального тока двигателя и чуть больше тока возможных перегрузок.

В описании на конкретный механизм обычно указывают токи перегрузок и длительность их протекания. Читайте документацию! Это вас развлечет, и возможно, обезопасит от поломок оборудования в будущем. Если для привода характерны еще и ударные (пиковые) нагрузки (нагрузки в течении 2-3 сек), то необходимо выбрать преобразователь по пиковому току. Опять возьмите запас 10%.

Источник: http://elektromehanika.org/publ/stati_po_ehlektrotekhnike/princip_raboty_chastotnogo_preobrazovatelja_i_kriterii_ego_vybora_dlja_potrebitelja/2-1-0-135

Принцип работы частотного преобразователя. Схема частотного привода

Переити в каталог продукции: Частотные преобразователи

Электроприводы постоянного тока являются очень простыми с точки зрения организации системы регулирования скорости вращения двигателя, но сам электродвигатель является слабым звеном системы, ведь он достаточно дорогой и при этом не отличается особой надежностью.

К тому же область применения данных двигателей ограничена из-за излишнего искрения щеток и, следовательно, повышенной электроэрозии и износа коллектора, что к общем не позволяет использовать двигатели постоянного тока в пыльных условиях и в средах с опасностью взрыва.

Альтернативой электроприводам постоянного тока является комплексное применение асинхронных двигателей переменного тока с частотными преобразователями.

Асинхронные двигатели повсеместно используются в виду очень простого устройства и надежности, при меньших габаритах и массе они обеспечивают такую же мощность, как и двигатели постоянного тока. Главным минусом их является сложность организации системы регулирования скорости двигателя традиционными для двигателей постоянного тока методами.

Теоретическая база для разработки первых частотных преобразователей, которые могли уже тогда стать решением вопроса регуляции скорости, была заложена еще в 30-е годы двадцатого века.

Отсутствие микропроцессоров и транзисторов не позволяло воплотить теорию в практику, но с появлением транзисторных схем и управляющих микропроцессоров в Японии, США и Европе примерно в одно время были разработаны варианты частотных преобразователей.

Обратите внимание

При наличии других способов управления скорости вращения исполняющих механизмов (речь идет о механических вариаторах, резисторных группах, вводимыми в ротор/статор, электромеханических частотных преобразователях, гидравлике) наиболее эффективным является использование статических частотных преобразователей, который экономическим выгоднее других вариантов в виду дешевизны монтажа, эксплуатации и высокого КПД. Неприхотливость преобразователей также обусловлена отсутствием подвижных частей в виду того, что регуляция осуществляется на этапе подачи тока и основана на изменении параметров питания, а не на контроле за скоростью вращения при помощи средств механического управления.

Каков принцип частотных методов регулирования? Наглядное объяснение можно вывести из следующей формулы

Из выражения видно, что путем изменения частоты входного питающего напряжения (f1) изменяется угловая скорость статора, точнее его магнитного поля, но этом взаимозависимые характеристики. Эффект достигается при постоянном числе пар полюсов (p).

Что это дает? В первую очередь, плавность регулирования (в особенности при пиковых нагрузках в момент пуска двигателя) скорости при очень высокой жесткости механических характеристик.

Также достигается повышенное скольжение асинхронного двигателя, что существенно снижает потери мощности и увеличивает коэффициент полезного действия.

Высокие показатели КПД, коэффициента мощности, перегрузочной способности достигаются при одновременном изменении частоты и напряжения. Законы изменения этих параметров напрямую зависят от момента нагрузки, который может иметь статичный, вентиляторный и обратно пропорциональный скорости вращения характер.

При постоянном моменте нагрузке напряжение на статоре будет регулироваться в пропорциональной зависимости от частоты, что хорошо видно из формулы:

Если момент нагрузки имеет вентиляторный характер, то напряжение будет пропорционально квадрату частоты питающего напряжения.

Ну и моменте нагрузки, который обратно пропорционален скорости получим:

Важно

      Как видно из вышеописанного при обеспечении одновременного регулирования частоты питающего напряжения и параметров напряжения на статоре частотным преобразователем достигается плавное бесступенчатое регулирование скорости вращения вала двигателя. При этом отсутствие передач позволяет более точно регулировать скорость вращения по заданным пользователем параметрам.

Основные достоинства применения регулируемых приводов на предприятиях.

Интеграция систем регулирования качественно изменяет технические характеристики всех участников технологического процесса, нуждающегося в регуляции.

Большая часть экономической эффективности заключается в возможности регулирования при помощи частотного преобразователя технологических характеристик процессов, температуры, давления, скорости движения, скорости подачи главного движения.

Конечно же, максимальная эффективность достигается на объектах, предназначенных для перемещения жидких масс.

До сих пор популярным способом регулирования скорости потока и мощности является применение заслонок и заглушек, в частных случаях различных регулирующих механических клапанов, но эти методы менее эффективны чем изменение скорости самого исполнительного механизма и чреваты потерями транспортируемой жидкости.

       Разница в производительности и эффективности между дросселированием посредством механических средств и применением частотных преобразователей очевидна на следующем рисунке.

(схема 1) Из схемы становится ясно, что возрастает экономия ресурсов, а также нивелируются проблемы, связанные с полной потерей динамической мощности потока во время закрытия заслонок, что приводит, по сути, к холостой работе двигателя.

Это увеличивает экономическую эффективность частотных преобразователей.

Конструкция типового частотного преобразователя.

Принципиальной задачей преобразователя частоты является изменение параметров электрического тока, это осуществляется при помощи транзисторного выпрямления тока и преобразования его до необходимых заданных значений. Типовой частотный преобразователь состоит из трех частей:

– Звено постоянного тока. Состоит из выпрямителя и фильтрационных устройств. Звено постоянного тока принимает входной сигнал и перенаправляет его в инвертор.

– Импульсного инвертора. Силовой трехфазный инвертор обычно имеет шесть транзисторов-ключей и осуществляет преобразование тока до заданных частот и амплитуд, а затем подает его на статор. Инвертор может состоять из тиристорной схемы.

– Микропроцессорной системы управления. Управляет системами преобразования и защиты преобразователя.

Четкая синусоида выходного сигнала – результат работы IGBT-транзисторов в качестве ключей инвертора, которые работают с более высокой частотой переключения, чем устаревшие тиристоры.

Как работает частотный преобразователь?

Схема преобразователя представлена в наглядном виде на следующем рисунке. (схема 2)

Читайте также:  Определение обмоток трехфазного двигателя - советы электрика

На схеме отображены основные структурные части преобразователя, а именно: инвертор, диодный силовой выпрямитель, модуль управления широтно-импульсной модуляцией, система управления, дроссель и конденсатор фильтра. Регуляция выходной частоты и напряжения (fвых. и Uвых., соответственно) осуществляется путем широтно-импульсного управления высокой частоты.

Совет

Управление зависит от периодичности модуляции. Это период, в течение которого статор по очереди получает сигнал от положительного и отрицательного полюса напряжения.

Длительность периода модулируется согласно синусоидальному закону гармонических частот, дополнительное преобразование происходит уже в обмотках двигателя, где после фильтрации ток имеет уже строго синусоидальную форму.

      Сама кривая выходного напряжения – это двуполярная последовательность высокой частоты, созданная прямоугольными импульсами. Данные параметры также регулируются широтно-импульсной модуляцией, а сама ширина импульсов модулируется по синусоидальному закону.

Изменение характеристик выходного напряжения осуществляется одним из двух способов: изменение AP (амплитуды) путем регуляции значения входного напряжения Uвх.; при Uвх.

, имеющим постоянное значение, путем внесения изменений в программу, контролирующую периодичность переключения переключателей V1-V6. Наличие современных IBGT-транзисторов на микропроцессорном управлении применение второго способа является более продуктивным и широко используемым.

ШИМ также позволяет добиться формы кривой тока близкой к синусоиде, но уже благодаря свойствам обмоток, выполняющих функции фильтра.

Данный метод управления также позволяет существенно увеличить коэффициент полезного действия преобразователя и по своим характеристикам полностью аналогично методике управления путем изменения амплитуды и частоты тока. В наше время существует несколько компоновок инверторов с управляемыми ключами: запираемые GTO тиристоры; биполярные IGBT-транзисторные ключи с затвором.

С примером можно ознакомиться на следующем рисунке. (рисунок 2) Здесь изображена мостовая трехфазная схема с использованием IGBT-транзисторов. Инвертор автономный. В данной схеме используется комплекс из 6 транзисторных ключей (на схеме V1-V6), емкостного фильтра тока. Транзисторы включены при помощи диодов обратного тока (на схеме D1-D6) по встречно-параллельной схеме.

Алгоритм переключения вентилей задается микропроцессором, переключение преобразует постоянное Uвх. в переменное выходное напряжение с прямоугольными импульсами. Активная составляющая токового потока асинхронного двигателя проходит через транзисторы, а реактивная – через диоды обратного тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;

Сф – конденсатор фильтра;

Переити в каталог продукции: Частотные преобразователи

Источник: https://www.maxprofi.su/stati-i-obzory/princip-raboty-chastotnogo-preobrazovatelya-sxema-chastotnogo-privoda/

Что нужно знать о частотном преобразователе

13 апреля 2017 г. в 09:24, 3987

Технические аспекты применения частотных преобразователей

В настоящее время асинхронный электродвигатель стал основным устройством в большинстве электроприводов. Все чаще для управления им используется частотный преобразователь — инвертор с ШИМ-регулированием. Такое управление дает массу преимуществ, но и создает некоторые проблемы выбора тех или иных технических решений. Попробуем разобраться в них более подробно.

Устройство частотных преобразователей

Разработка и производство широкой номенклатуры мощных высоковольтных транзисторных IGBT модулей предоставили возможность реализации многофазных силовых переключателей, управляемых непосредственно с помощью цифровых сигналов.

Программируемые вычислительные средства позволили на входах коммутаторов сформировать числовые последовательности, обеспечивающие сигналы частотного управления асинхронными электродвигателями.

Обратите внимание

Разработка и массовый выпуск однокристальных микроконтроллеров, обладающих большими вычислительными ресурсами, обусловили возможность перехода к следящим электроприводам с цифровыми регуляторами.

Силовые преобразователи частоты, как правило, реализуют по схеме, содержащей выпрямитель на мощных силовых диодах или транзисторах и инвертор (управляемый коммутатор) на IGBT транзисторах, шунтированных диодами (рис. 1).

Рис. 1. Схема частотного преобразователя

Входной каскад выпрямляет подаваемое синусоидальное напряжение сети, которое после сглаживания с помощью индуктивно-емкостного фильтра служит источником электропитания управляемого инвертора, вырабатывающего при действии команд цифрового управления сигнал с импульсной модуляцией, который формирует в обмотках статора токи синусоидальной формы с параметрами, обеспечивающими требуемый режим работы электродвигателя.

Цифровое управление силовым преобразователем осуществляется с помощью микропроцессорных аппаратных средств и соответствующим поставленным задачам программным обеспечением. Вычислительное устройство в режиме реального времени вырабатывает сигналы управления 52 модулями, а также производит обработку сигналов измерительных систем, контролирующих работу привода.

Силовые устройства и управляющие вычислительные средства объединены в составе конструктивно оформленного промышленного изделия, называемого частотным преобразователем.

В промышленном оборудовании применяются два основных вида частотных преобразователей:

  • фирменные преобразователи для конкретных типов оборудования.
  • универсальные преобразователи частоты предназначены для многоцелевого управления работой АД в задаваемых пользователем режимах.

Установку и контроль режимов работы частотного преобразователя можно производить с помощью пульта управления, оснащенного экраном для индикации введенной информации. В простом варианте скалярного регулирования частоты можно воспользоваться набором простых логических функций, имеющихся в заводских установках контроллера, и встроенным ПИД-регулятором.

Для осуществления более сложных режимов управления с использованием сигналов с датчиков обратных связей необходимо разработать структуру САУ и алгоритм, который следует запрограммировать с помощью подключаемого внешнего компьютера.

Большинство производителей выпускает целый ряд преобразователей частоты, отличающихся входными и выходными электрическими характеристиками, мощностью, конструктивным исполнением и другими параметрами. Для подключения к внешнему оборудованию (электросети, двигателю) могут быть использованы дополнительные внешние элементы: магнитные пускатели, трансформаторы, дроссели.

Типы сигналов управления

Необходимо делать различия между сигналами различных типов и для каждого из них использовать отдельный кабель. Различные типы сигналов могут оказывать влияние друг на друга. На практике такое разделение встречается часто, например кабель от датчика давления может быть подключен непосредственно к преобразователю частоты.

На рис. 2 приведен рекомендуемый вариант подключения преобразователя частоты при наличии различных цепей и сигналов управления.

Рис. 2. Пример подключения силовых цепей и цепей управления преобразователя частоты

Можно выделить следующие типы сигналов:

  • аналоговые — сигналы напряжения или тока (0…10 В, 0/4…20 мА), значение которых меняется медленно или редко, обычно это сигналы управления или измерения;
  • дискретные сигналы напряжения или тока (0…10 В, 0/4…20 мА), которые могут принимать только два редко изменяющихся значения (высокое или низкое);
  • цифровые (данные) — сигналы напряжения (0…5 В, 0…10 В), которые меняются быстро и с высокой частотой, обычно это сигналы портов RS232, RS485 и т.п.;
  • релейные — контакты реле (0…220 В переменного тока) могут включать индуктивные токи в зависимости от подключенной нагрузки (внешние реле, лампы, клапаны, тормозные устройства и т.д.).

Выбор мощности частотного преобразователя

При выборе мощности частотного преобразователя необходимо основываться не только на мощности электродвигателя, но и на номинальных токах и напряжениях преобразователя и двигателя. Дело в том, что указанная мощность частотного преобразователя относится только к эксплуатации его со стандартным 4-х полюсным асинхронным электродвигателем в стандартном применении.

Реальные приводы имеют много аспектов, которые могут привести к росту токовой нагрузке привода, например, при пуске. В общем случае, применение частотного привода позволяет снизить токовые и механические нагрузки за счет плавного пуска. Например, пусковой ток снижается с 600% до 100-150% от номинального.

Работа привода на пониженной скорости

Необходимо помнить, что хотя частотный преобразователь легко обеспечивает регулирование по скорости 10:1, но при работе двигателя на низких оборотах мощности собственного вентилятора может не хватать. Необходимо следить за температурой двигателя и обеспечить принудительную вентиляцию.

Электромагнитная совместимость

Поскольку частотный преобразователь мощный источник высокочастотных гармоник, то для подключения двигателей нужно использовать экранированный кабель минимальной длины. Прокладку такого кабеля необходимо вести на расстоянии не менее 100 мм от других кабелей. Это минимизирует наводки. Если нужно пересечь кабели, то пересечение делается под углом 90 градусов.

Питание от аварийного генератора

Важно

Плавный пуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет снизить необходимую мощность генератора.

Так как при таком пуске ток снижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно снизить мощность генератора.

Но все равно, между генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от опасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазной сети

Трехфазные частотные преобразователи могут быть запитаны от однофазной сети, но при этом их выходной ток не должен превышать 50% от номинального.

Экономия электроэнергии и денег

Экономия происходит по нескольким причинам. Во-первых, за счет роста косинуса фи до значений 0.98, т.е. максимум мощности используется для совершения полезной работы, минимум уходит в потери. Во-вторых, близкий к этому коэффициент получается на всех режимах работы двигателя.

Без частотного преобразователя, асинхронные двигатели на малых нагрузках имеют косинус фи 0.3-0.4. В-третьих, нет необходимости в дополнительных механических регулировках (заслонках, дросселях, вентилях, тормозах и т.д.), все делается электронным образом. При таком устройстве регулирования, экономия может достигать 50%.

Синхронизация нескольких устройств

Читайте также:  Кратность автоматических выключателей - советы электрика

За счет дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать процессы на конвейере или задавать соотношения изменения одних величин, в зависимости от других. Например, поставить в зависимость скорость вращения шпинделя станка от скорости подачи резца. Процесс будет оптимизирован, т.к. при увеличении нагрузки на резец, подача будет уменьшена и наоборот.

Защита сети от высших гармоник

Для дополнительной защиты, кроме коротких экранированных кабелей, используются сетевые дроссели и шунтирующие конденсаторы. Дроссель, кроме того, ограничивает бросок тока при включении.

Правильный выбор класса защиты

Совет

Для безотказной работы частотного привода необходим надежный теплоотвод. Если использовать высокие классы защиты, например IP 54 и выше, то трудно или дорого добиться такого теплоотвода. Поэтому, можно использовать отдельный шкаф с высоким классом защиты, куда ставить модули с меньшим классом и осуществлять общую вентиляцию и охлаждение.

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

С целью снижения затрат, можно использовать один частотный преобразователь для управления несколькими электродвигателями. Его мощность нужно выбирать с запасом 10-15% от суммарной мощности всех электродвигателей. При этом нужно минимизировать длины моторных кабелей и очень желательно ставить моторный дроссель.

Большинство частотных преобразователей не допускают отключение или подключение двигателей с помощью контакторов во время работы частотного привода. Это производится только через команду стоп привода.

Задание функции регулирования

Для получения максимальных показателей работы электропривода, таких как: коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, перегрузочная способность, плавность регулирования, долговечность, нужно правильно выбирать соотношение между изменением рабочей частоты и напряжения на выходе частотного преобразователя.

Функция изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте, напряжение на статоре электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const).

Для вентилятора, например, другое соотношение – U/F*F = const. Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение нужно увеличить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Преимущества использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Кроме повышения КПД и энергосбережения такой электропривод позволяет получить новые качества управления.

Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих потери и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д.

Торможение, например, может быть осуществлено за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре электродвигателя. Меняя только функциональную зависимость между частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Чтение документации

Следует заметить, что хотя частотные преобразователи похожи друг на друга и, освоив один, легко разобраться с другим, тем не менее, необходимо тщательно читать документацию. Некоторые производители накладывают ограничения на использование своей продукции, а при их нарушении снимают изделия с гарантии. 

Источник: ООО «СВ-Техноэлектро»

Источник: https://www.elec.ru/articles/printsipy-raboty-chastotnogo-preobrazovatelja/

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей

Преобразователи частоты: принцип работы. Быстро сказка сказывается, да не скоро дело делается – на изучение всего нового уходит масса времени. Когда-то миром «правил» двигатель, работающий на постоянном напряжении. Но, прогресс не стоял на месте, Н.

Тесла сумел доказать, что гораздо интереснее будет использовать переменный ток. Так «родился» двигатель, названный асинхронным. Сегодня двигатели удобны, если в их комплект входят частотные преобразователи. Его применение стало менее затратным, а срок службы значительно возрос.

Как и во всём, не обошлось без неувязок:

— частота сети составляла пятьдесят – шестьдесят герц, что делало невозможным регулировку оборотов;

— высокие токи, необходимые для запуска.

Что и натолкнуло на мысль создать преобразователи (регулировки частоты оборотов новых двигателей). Он состоит из схемы управления, инвертора и выпрямителя.

Возникает закономерный вопрос, на каком принципе он работает?

Для его корректной работы потребуется сеть на 220 или 380 вольт.

Роль выпрямителя (первый в конструкции) – переменный ток преобразуется в постоянный. Поступая на инвертор, обратно трансформируется в переменное напряжение.Данные преобразователи обладают определенной схемой, позволяет создать требуемую частоту и величину.

При этом обычно, используют «метод широтно-импульсной модуляции» (или ШИМ). Как и все гениальное, он прост.

Получить определенный вращательный момент стало возможным за счет формирования сигнала (с заданным напряжением и частотой), который напоминает «синусоидальное» напряжение (при помощи индуктивности двигателя).

Обратите внимание

Следует учесть важный момент – управление «скалярное» и «векторное». Ваш выбор зависит от поставленных целей. Для получения точного количества оборотов, предпочитают пользоваться первым из них (несмотря на увеличение цены).

В векторном управлении используют схему для задания значения напряжения и частоты импульсов. Проще говоря, здесь «командует» вектор. В результате схема получается примитивнее, а на выходе получают менее точные значения.

Теоретически, существует вероятность использовать частотные преобразователи в сетях с одной фазой, при этом питая «трёхфазного» пользователя. На практике только производитель может дать вам положительный или отрицательный ответ.

Постепенно, о двигателе постоянного тока забыли

В фаворе был «двигатель переменного тока», на крошечные недостатки все закрывали глаза. Люди научились выполнять регулировку его оборотов в широком диапазоне.

Обрыв питания (фазы) – справится ли «чудо-прибор» (преобразователь)?

Известно, что преобразователи бывают двух типов:

— на 220 вольт (с одной фазой);

— на 380 вольт (с тремя фазами).

Предпочтение отдают трёхфазному, как более производительному (КПД выше).

Что же произойдёт при обрыве? Рассмотрим оба варианта. В первом случае – прибор перестаёт работать. Срабатыванием защиты характерен второй вариант. А может ли она не сработать? К сожалению, такая возможность не исключена.

При работе трёхфазного выпрямителя, через каждый из трёх однофазных моста (диодных) протекает равное количество от суммарного тока (треть). При обрыве фазы – поток остаётся тем же, но меняется количество пропускаемого тока. Каждый мост должен «принять» половину – серьёзное отклонение от нормы. Наблюдается «потеря» мощности – падает на сорок и более процентов.

Следовательно, при максимальных нагрузках, он сможет проработать очень короткий срок – в лучшем случае перегорят диодные мосты. Если же рабочие режимы ниже среднего – работа продолжиться, правда, с гораздо меньшим коэффициентом полезного действия.

Источник: http://ampersite.ru/sovety-elektrika/chastotnye-preobrazovateli-kvt-i-ikh-rabota.html

Частотный преобразователь, принцип работы, советы при выборе

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня вы узнаете, что такое частотный преобразователь для электродвигателя, так же рассмотрим его принцип работы и основные характеристики.

 Во всем мире с успехом реализуются принципы частотного управления асинхронным электроприводом.

Способ предусматривает кроме значительной экономии электроэнергии, усовершенствованное управление работы агрегатов, и ведет к существенному энергосбережению.

Важно

Частотный преобразователь часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты.

В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.

   Виды частотных преобразователей

Частотный преобразователь электронного типа — это устройство, состоящее из выпрямителя, преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры или транзисторы обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя.

Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех EMC-фильтр.

Принцип работы частотного преобразователя

Использование частотных преобразователей повсеместно признано самым эффективным методом регулировки скорости вращения.

Действие устройства заключается в формировании из значения выходного напряжения (U), характеризуемого постоянной частотой (F) и амплитудой (A), в напряжение с переменными параметрами.

Это приводит к изменению величины частоты магнитного поля, изменяющего механическое вращение вала двигателя.

Принимая во внимание, что момент нагрузки постоянен, сила тока зависит от нагрузки, соответственно, происходит изменение подаваемого на клеммы двигателя напряжения пропорционального частоте, это сохраняет неизменным поток намагничивания и постоянный крутящий момент, а также неизменное значение тока.

Как следствие этих процессов, наблюдается постоянная корректировка скорости и вращающего момента в отношении рабочей нагрузки. Потери – минимальны, это достигается при помощи поддержания постоянного скольжения при любой скорости, для всех нагрузок.

Преимущества способа частотного регулирования

На что обратить внимание при выборе

Производители делают упор на стоимость преобразователя. Поэтому многие опции доступны только у дорогих моделей. При выборе устройства следует определиться с основными требованиями для конкретного использования.

Видео 

Подключение 3-х фазного двигателя в сеть 220 В с помощью частотника

Ввод в эксплуатацию преобразователь частоты

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Источник: https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/chastotnyiy-preobrazovatel

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector