- Частотный регулятор для асинхронного двигателя – устройство и принцип работы
- Принцип регулирования
- Структура частотного регулятора
- Принцип работы
- Заключение по теме
- Изучаем принцип работы, собираем и подключаем частотный преобразователь для асинхронных двигателей
- Принцип работы частотного преобразователя
- На что обратить внимание при выборе?
- Сборка преобразователя частоты для асинхронного двигателя своими руками
- Подключение частотного преобразователя к электродвигателю
- Рекомендации по обслуживанию электрооборудования
- Комментарии для подключения частотника к двигателю на видео
- Назначение и принцип работы преобразователя частоты для асинхронных двигателей
- Устройство и принцип работы
- Технические характеристики
- Подключение преобразователя частот – пошаговая инструкция
- Выбор частотного преобразователя
- Обзоры моделей
Частотный регулятор для асинхронного двигателя – устройство и принцип работы
Есть в электроустановках позиции, когда без электродвигателя, работающего на постоянном токе, не обойтись. Именно этот электромотор можно регулировать по скорости вращения ротора, что и требуется в электроустановках. Правда, у него масса недостатков, и одни из них – это быстрый износ щеток, если их установка была проведена с искривлением, да и срок их эксплуатации достаточно низок. При износе происходит искрение, поэтому такой движок во взрывоопасных и запыленных помещениях использовать нельзя. Плюс ко всему электродвигатель постоянного тока стоит дорого. Чтобы изменить данную ситуацию, используют асинхронный двигатель и частотный регулятор для асинхронного двигателя.
Практически по всем показателям электродвигатели, работающие на переменном токе, превосходят аналоги на постоянном. Во-первых, они надежнее. Во-вторых, имеют меньшие габариты и вес. В-третьих, цена ниже. В-четвертых, они проще в эксплуатации и подключении.
А вот недостаток у них один – это сложность регулирования частоты вращения. В данном случае стандартные способы регулирования частоты асинхронных двигателей здесь не подойдут, а именно – изменения напряжения, установка сопротивления и так далее. Частотное управление асинхронным электрическим двигателем – была проблема номер один. Хотя теоретическая база известна аж с тридцатых годов прошлого столетия. Все дело упиралось в дороговизну частотного преобразователя. Все изменилось, когда изобрели микросхемы, с помощью которых через транзисторы стало возможным собрать преобразователь частоты с минимальной себестоимостью.
Принцип регулирования
Итак, способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя основано на одной формуле. Вот она внизу.
- ω – угловая скорость вращения статора;
- f – частота входного напряжения;
- p – количество полюсных пар.
То есть, получается так, что изменить скорость вращения электродвигателя можно лишь путем изменения частоты напряжения. Что это дает на практике? Первое – это плавность работы мотора, особенно это будет чувствовать при пуске оборудования, когда сам двигатель работает под самыми высокими нагрузками. Второе – повышенное скольжение. За счет этого растет КПД, и снижаются потери мощностных характеристик.
Структура частотного регулятора
Все современные преобразователи частоты построены на принципе так называемого двойного преобразования. То есть, переменный ток преобразуется в постоянный через неуправляемый выпрямитель и фильтр. Далее, через импульсный инвертор (он трехфазный) происходит обратное преобразование тока постоянного в ток переменный. Инвертор сам состоит из шести силовых ключей (транзисторных). Так вот каждая обмотка электрического движка подключается к определенным ключам выпрямителя (положительному или отрицательному). Именно инвертор изменяет частоту напряжения, которое прикладывается к статорным обмоткам. По сути, именно через него происходит частотное регулирования электродвигателя.
В этом приборе на выходе устанавливаются силовые транзисторы. Они выполняют роль ключей. Если сравнивать их с тиристорами, то необходимо отметить, что первые вырабатывают сигнал в виде синусоиды. Именно данная форма создает минимальные искажения.
Принцип работы
Теперь сам принцип работы частотного преобразователя. Чтобы понять это, предлагаем разобрать рисунок ниже.
Итак, пройдемся по рисунку, где
- «В» — это неуправляемый силовой выпрямитель диодного типа.
- «АИН» — автономный инвертор.
- «СУИ ШИМ» — система широтно-импульсного управления.
- «САР» — система автоматического регулирования.
- «Св» — конденсатор фильтра.
- «Lв» — дроссель.
По схеме очень хорошо видно, что инвертор регулирует частоту напряжения за счет системы широтно-импульсного управления (оно высокочастотное). Именно эта часть регулятора отвечает за подключение обмоток статора электродвигателя попеременно то к положительному полюсу выпрямителя, то к отрицательному. Периодичность подключения к полюсам происходит по синусоидальной кривой. При этом частота импульсов определяется именно частотой ШИМ. Так и происходит частотное регулирование.
Заключение по теме
Как видите, данный способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя достаточно прост. Но и не только. Он позволяет уйти от ненадежных двигателей постоянного тока, перейти на более надежные виды электрического оборудования. К тому же структура прибора, основанная на современных методах преобразования электрического тока, сделала его дешевым и доступным. Плюс ко всему простота устройства дает возможность собрать частотники своими руками.
Частотный преобразователь – принцип работы, схемы подключения и критерии выбора
Асинхронный двигатель – принцип работы и устройство
Конструкционные отличия синхронного и асинхронного двигателя
Изучаем принцип работы, собираем и подключаем частотный преобразователь для асинхронных двигателей
Созданный в конце XIX столетия, трёхфазный асинхронный двигатель стал незаменимой составляющей современного промышленного производства.
Для плавного пуска и остановки такого оборудования требуется специальное устройство – преобразователь частоты. Особо актуально наличие преобразователя для крупных двигателей с большой мощностью. С помощью этого дополнительного устройства можно регулировать пусковые токи, то есть, контролировать и ограничивать их величину.
Принцип работы частотного преобразователя
Если регулировать пусковой ток исключительно механическим способом, не удастся избежать энергетических потерь и уменьшения срока службы оборудования. Показатели этого тока в пять-семь раз превышают номинальное напряжение, что недопустимо для нормальной работы оборудования.
Принцип работы современного преобразователя частоты подразумевает использование электронного управления. Они не только обеспечивают мягкий пуск, но и плавно регулируют работу привода, придерживаясь соотношения между напряжением и частотой строго по заданной формуле.
Основное преимущество устройства – экономия в потреблении электроэнергии, составляющая в среднем 50%. А также возможность регулировки с учётом потребностей конкретного производства.
Устройство функционирует по принципу двойного преобразования напряжения.
- Напряжение сети выпрямляется и фильтруется системой конденсаторов.
- Затем в работу вступает электронное управление – образуется ток с указанной (запрограммированной) частотой.
На выходе выдаются прямоугольные импульсы, которые под воздействием обмотки статора двигателя (её индуктивности) становятся близкими к синусоиде.
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.
- Управление может быть векторным или скалярным. Первое даёт возможность точной регулировки. Второе лишь поддерживает одно, заданное соотношение между частотой и напряжением на выходе и подходит только для простых приборов, вроде вентилятора.
- Чем выше указанная мощность, тем универсальнее будет устройство — обеспечится взаимозаменяемость и упростится обслуживание оборудования.
- Диапазон напряжения сети должен быть максимально широким, что обезопасит при перепадах его норм. Понижение не так опасно для устройства, как повышение. При последнем — вполне могут взорваться сетевые конденсаторы.
- Частота должна полностью соответствовать потребностям производства. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости привода. Если нужен более широкий, потребуется векторное управление. На практике применяются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100Гц.
- Управление осуществляется через различные входы и выходы. Чем их больше, тем лучше. Но большее количество разъёмов существенно увеличивает стоимость устройства и усложняет его настройку.
Дискретные входы (выходы) используются для ввода команд управления и выхода сообщений о событиях (например, о перегреве), цифровые – для ввода сигналов цифровых датчиков (высокочастотных), аналоговые – для ввода сигналов обратной связи.
Сборка преобразователя частоты для асинхронного двигателя своими руками
Собрать инвертор или преобразователь можно самостоятельно. В настоящее время в сети находится множество инструкций и схем такой сборки.
Основная задача – получить «народную» модель. Дешёвую, надёжную и рассчитанную на бытовое применение. Для работы оборудования в промышленных масштабах, конечно, лучше отдать предпочтение устройствам, реализуемым магазинами.
Порядок действий по сборке схемы частотного преобразователя для электродвигателя
Для работы с домашней проводкой, с напряжением 220В и одной фазой. Примерная мощность двигателя до 1кВт.
- Обмотки двигателя соединяются треугольником .
- Для сборки частотного преобразователя для однофазного двигателя нужны: IR2135(IR2133) – драйвер трёхфазного моста, AT90SPWM3B – микроконтроллёр (используется как генератор PWM), программатор (например, AVReAl), шесть штук транзисторов IRG4BC30W, ЖКИ индикатор, шесть кнопок.
- Преобразователь состоит из двух плат. К первой крепится блок питания, драйвер. Также здесь размещаются транзисторы и силовые клеммы.
- На второй устанавливается микроконтроллёр и индикатор. Между собой платы объединяются гибким шлейфом.
- Импульсный блок питания своими руками собирается по стандартной схеме.
- Для управления двигателем не требуется внешнее управление током. Но можно установить микросхему дополнительно (IL300), создав линейную развязку.
На заметку. Длинные провода нужно снабдить помехоподавляющими кольцами.
Регулировка вращения ротора двигателя вмещается в диапазон частоты 1:40. Для малых частот необходимо фиксированное напряжение (IR компенсация).
Подключение частотного преобразователя к электродвигателю
Для однофазной проводки на 220В (использования в домашних условиях) подключение осуществляется по схеме «треугольник». Выходной ток не должен превышать 50% от номинального!
Для трёхфазной проводки на 380В (промышленного использования) подключение двигателя к частотному преобразователю осуществляется по схеме «звезда».
Преобразователь (или инвертор ) имеет соответствующие клеммы, помеченные буквами.
- R, S, T– сюда подключаются провода сети, очерёдность не имеет значения;
- U. V. W – для включения асинхронного двигателя (если двигатель вращается в обратную сторону, нужно поменять местами любой из двух проводов на этих клеммах).
- Отдельно предусмотрена клемма для заземления.
Рекомендации по обслуживанию электрооборудования
Для продления срока эксплуатации преобразователя необходимо соблюдать следующие правила:
- Регулярно очищать внутренности устройства от пыли (лучше выдувать её небольшим компрессором, так как пылесос с загрязнением не всегда справится – пыль уплотняется).
- Своевременно заменять узлы. Электролитические конденсаторы рассчитаны на пять лет, предохранители на десять лет эксплуатации. А вентиляторы охлаждения на два-три года использования. Внутренние шлейфы следует заменять раз в шесть лет.
- Контролировать внутреннюю температуру и напряжение на шине постоянного тока.
Повышение температур приводит к засыханию термопроводящей пасты и разрушению конденсаторов. На силовых компонентах привода её следует менять ни реже одного раза в три года.
Управление асинхронным мотором (например, как подключить трёхфазный электродвигатель в сеть 220в ) – довольно сложный процесс. Преобразователи, изготовленные кустарно, дешевле промышленных аналогов и вполне подходят для использования в бытовых целях. Однако для применения на производстве предпочтительнее установить инверторы, собранные в заводских условиях. Обслуживание таких дорогих моделей под силу только хорошо обученному техническому персоналу.
Комментарии для подключения частотника к двигателю на видео
Назначение и принцип работы преобразователя частоты для асинхронных двигателей
Двигатель асинхронного типа используется повсеместно. Основное предназначение – преобразование электричества в механическую силу. Электродвигатель — своего рода противоположность генератора.
Учитывая особенность того, что рассматриваемый механизм работает от электричества, особые требования предъявляются к показателям электроэнергии. Часто можно встретить ситуацию, когда в цепи присутствует частотный преобразователь, который создан специально для асинхронного типа двигателя.
В системе питания, созданной для асинхронного двигателя, рассматриваемый аппарат служит для изменения тока с 1 или 3 фазами, который приходит от сети питания и имеет частоту 50 Гц, в трехфазный ток, показатель частоты от различных условий может быть от 1 до 800 Гц.
Кроме вышеприведенной информации, стоит уточнить следующее:
- Для оборудования. которое используется в промышленности, проводят выпуск частотного преобразователя, имеющий электроиндукционный тип. Они представляют собой в некотором роде асинхронный двигатель, который имеет фазный ротор. Определенный режим позволяет работать оборудованию в режиме генератора-преобразователя.
- Изменение частоты входного тока используются для изменения скорости вращения выходного вала двигателя. Совершенные механизмы регулирования представлены векторным типом, практически только подобные варианты исполнения присутствуют в продаже.
Приобрести также можно варианты исполнения для бытового использования.
Устройство и принцип работы
Рассматриваемое устройство состоит из следующих элементов:
- Мост постоянного тока выступает в качестве выпрямителя. Именно он проводит преобразование, к примеру, промышленного тока с генератора в постоянный.
- Инвертор проводит создание переменного тока. При этом, есть возможность контролировать частоту и амплитуду.
- Также, в конструкции есть тиристоры или транзисторы. которые обеспечивают подачу рабочего тока к электродвигателю. Они выступают в качестве электрических ключей.
- В управляющей части установлен микропроцессор, который проводит управление работой установленных ключей. Также, микропроцессор выполняет ряд других задач: проводит защиту системы, контролирует выходные параметры, диагностирует состояние подаваемого тока.
Многие построены на основе двойного преобразования.
Можно выделить 2 основных класса:
- С созданием промежуточного звена.
- С образованием непосредственной связи.
2 вышеприведенных класса имеют свои особенности, которые определяют возможность и целесообразность их использования тех или в иных условиях.
Непосредственная связь обуславливается тем, что преобразователь представлен выпрямителем управляемого типа. Используемая система управления проводит отпирание группы тиристоров и также проводит подвод напряжения к обмотке электродвигателя.
В данном случае, напряжение преобразуется путем вырезания синусоид из входного тока. Проведенные измерения показывают, что получаемая частота находится в приблизительном промежутке от 0 до 30 Гц. Использовать подобный вариант исполнения нельзя в регулируемых приводах.
Для того, чтобы использовать незапираемые тиристоры, нужно организовывать сложные системы управления, которые значительно повышают стоимость создаваемой цепи.
При выходе синусоида с непосредственной связью, приводит к следующему:
- Появляется гармоник.
- Происходят потери в самом электродвигателе.
- Происходит перегрев электродвигателя.
- Значительно снижается показатель момента.
- Создаются сильные помехи.
Кроме этого, компенсаторы значительно повышают стоимость цепи, ее габариты и вес. Включение дополнительного элемента в цепь также приводит к уменьшению показателя КПД из-за возникающих потерь.
Современные цепи питания часто создаются при использовании преобразователя, который имеет промежуточное звено.
В данном случае, проводится процедура, предусматривающая двойное преобразование электрического тока:
- Изначально. входное напряжение синусоидального типа с неизменной частотой и амплитудой преобразуется при помощи выпрямителя.
- Используютсяспециальные фильтры. которые сглаживают показатели.
- Инвертор на выходе проводит преобразование энергии с изменяемым показателем амплитуды и частоты.
Как правило, процедура двойного преобразования приводит к значительному снижению показателя КПД, вследствие чего также ухудшаются показатели соотношения массы и габаритов.
К основным достоинствам преобразователей частоты, которые работают как тиристор, можно отнести следующее:
- Возможна работа в системе с большими показателями тока.
- Система может быть использована при высоких показателях напряжения.
- Есть устойчивость к длительному воздействию большой нагрузки и импульсного воздействия.
- Более высокий показатель КПД. который достигает 98%.
Данные особенности являются основными отличительными признаками работы двух типов преобразователей.
Технические характеристики
Использовать частотные преобразователи следует только с учетом эксплуатационных характеристик. К основным техническим характеристикам, на которые нужно обратить внимание, можно отнести:
- Диапазон напряжения подаваемого тока. Существуют различные варианты исполнения, которые могут работать при напряжении от 100 до 120 В, от 200 до 240 В. Этот показатель является определяющим при выборе наиболее подходящей модели.
- Номинальная мощность подключаемого в цепи электродвигателя. Как правило, показатель измеряется в кВт.
- Полная мощность электродвигателя.
- Номинальный выходной ток.
- Выходное напряжение зачастую не больше показателя напряжения от источника питания, но может быть и меньше.
- Диапазон выходной частоты.
- Показатель допустимой силы тока на входе.
- Частота электричества при входе.
- Максимальные отклонения от показателей, которые допустимы при тех или иных случаях.
Подобные параметры должны быть указаны в спецификации преобразователя частот. Если, к примеру, не учесть напряжение подаваемого тока, рассматриваемое устройство будет испорчено.
Подключение преобразователя частот – пошаговая инструкция
Провести подключение преобразователя частоты можно различными схемами. Все зависит от того, с какой целью рассматриваемый элемент включается в сеть, к примеру, для более легкого старта или регулировки частоты вращения.
Довольно простой схемой подключения частотника можно назвать размещение устройства автоматического выключения перед ним. Подобное устройство должно быть адоптировано для работы с током, величина его должна составлять величину номинального показателя потребляемого тока электродвигателя.
Стоит отметить, что многие модели частотников могут работать с трехфазной сетью, поэтому можно выбрать обычный трехфазный автомат. На момент возникновения короткого замыкания, одна из фаз проводит обесточивание других. Если же преобразователь частоты рассчитан на однофазную сеть, стоит выбрать выключатель, который рассчитан на утроенный ток одной фазы.
Частотники рассчитаны исключительно на прямое включение в сеть.
Дальнейшая работа по подключению заключается в присоединении фазных проводов к определенным клеммам электродвигателя. Также, проводится включение внешнего тормозного резистора в цепь. Кроме этого, в сеть можно включить вольтметр для измерения напряжения в цепи на выходе после преобразователя.
Как правило, современные варианты исполнения частотников имеют подробную инструкцию того, каким образом они должны быть включены в сеть. Подобную информацию стоит учитывать при создании цепи подключения электродвигателя к источнику питания.
Выбор частотного преобразователя
Изначальной задачей каждого производителя можно назвать продать свою продукцию. Именно поэтому, следует обратить внимание на нижеприведенные нюансы правильного выбора:
- Скалярный или векторный метод управления. Современные варианты исполнения зачастую имеют векторные методы управления, однако особый режим работы позволяет переключиться на скалярный метод управления. Найти новый частотник без векторного метода управления практически невозможно.
- Мощностной ряд. Стоит помнить о том, что мощность потребителя энергии – важный показатель, на который стоит обращать внимание.
- Входное напряжение, а точнее допустимый диапазон, определяет то, при каком напряжении преобразователь частоты может работать без сбоев. При этом, важно понять, что падение показателя приведет к остановке частотника, увеличение – к выходу из строя всего оборудования. Поэтому следует обеспечить работу при постоянном показателе входного напряжения.
- Диапазон регулировки – также важный показатель, особенно при использовании двигателей, которые работают при высоких показателях номинальной частоты.
- Как организовано управление. Современные варианты исполнения имеют специальные пульты, при помощи которых можно вводить необходимые значения.
- Срок гарантии косвенно говорит о надежности техники. Однако, стоит помнить о том, что выход из строя при подаче тока с неправильными номинальными показателями нельзя назвать гарантийным случаем.
Вышеприведенные особенности следует учитывать при выборе преобразователя частоты.
Обзоры моделей
Выделим следующие модели рассматриваемого оборудования:
Стоимость этой модели составляет 15 000 рублей. Значение мощности 0,75 кВт, выходного тока 2,1 А. Вес подобного блока составляет 1,5 кг. Блок компактный и прост в использовании. Данный вариант исполнения имеет встроенный блок управления.
Стоимость около 24 000 рублей. Значение мощности 1,1 кВт, выходного тока 3,3. Вес блока составляет 5 кг. Довольно дорогая модель, несмотря на небольшое повышение выходных показателей.
Мощный блок, который может работать при 90 кВт. Стоимость около 250 000 рублей. Выходной ток 176 А. Установка имеет вес 50 кг. Рассматриваемая установка одна из самых дорогих. Имеет довольно большие габаритные размеры, несколько напоминает шкаф.
Существует огромное количество моделей, их стоимость зачастую зависит от эксплуатационных характеристик.
Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей
Как правильно выбрать автоматические выключатели?
Как сделать импульсный блок питания своими руками?
Источники: http://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/edvigateli/chastotnyj-regulyator-dlya-asinxronnogo-dvigatelya-ustrojstvo-i-princip-raboty.html, http://elektrik24.net/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/preobrazovatel-chastoty/dlya-asinhronnyih-dvigateley.html, http://slarkenergy.ru/oborudovanie/engine/preobrazovatel-chastoty.html