Закрыть

Для чего нужен частотник для электродвигателя: Для чего нужен частотный преобразователь

Зачем нужен частотный преобразователь - верный ответ

Преобразователь частоты является электронным устройством, которое служит для преобразования параметров частоты электрического тока. Его использование позволяет обеспечить непрерывное управления процессом трансформации входных электрических параметров - в выходные. 

Содержание

Назначение и область применения преобразователей частоты

Наибольшую актуальность частотные преобразователи приобрели в сфере управления скоростью вращения синхронных и асинхронных электродвигателей. Использование частотников в значительной мере позволяет оптимизировать производство, снизить потребление энергоресурсов, и увеличить срок службы подключённого к ним электрооборудования.

Преимущества использования преобразователей частоты:

  • управление и контроль скорости вращения электродвигателя;
  • защита от бросков напряжения и перегрузок;
  • обеспечение плавного пуска и остановки подконтрольного электрооборудования;
  • облегчение рабочего процесса при выполнении сложных технических задач;
  • устойчивость к продолжительным нагрузкам и импульсным действиям;
  • возможность экономии энергоресурсов вплоть до 40-50 %;
  • увеличение КПД электродвигателей;
  • снижение износа и улучшение механических показателей подключённого оборудования;
  • осуществление непрерывного мониторинга технологических параметров и возможность оперативного вмешательства.
Благодаря возможности регулировки скоростных характеристик двигателей, инверторы получили широкое распространение в промышленности и хозяйственной деятельности человека.

Сфера применения частотника:

  • пищевая промышленность;
  • тяжёлая промышленность;
  • лёгкая промышленность;
  • средства малой механизации;
  • медицинское оборудование;
  • насосное оборудование;
  • система водоснабжения;
  • компрессоры;
  • транспорт;
  • высокоточные электромеханические станки.
Устройство и принцип действия

Электрическая схема частотного преобразователя состоит из двух частей:
  • силовой;
  • управляющей.
Силовая часть собрана на транзисторах или тиристорах. Управляющая часть имеет вид электрической схемы на цифровых микропроцессорах, которая способна управлять силовыми электрическими составляющими входящих параметров.

Выделяют два этапа преобразования:



1) На первом этапе преобразования входное напряжение (220В либо 380В) выпрямляется с помощью диодного моста. Затем, проходя через фильтр собранный на конденсаторах, «вырезанные» части входного сигнала сглаживаются.

2) На этом этапе, из частей выпрямленного напряжения, формируется сигнал желаемой последовательности с необходимыми параметрами амплитуды и частоты. Это достигается при помощи микросхем, способных управлять выходными параметрами. Заданные элементами управления прямоугольные импульсы необходимой частоты передаются двигателю. Индуктивность обмотки статора интегрирует эти импульсы, превращая их в синусоиду.

Классификация частотников



По величине и типу электропитания различают инверторы нескольких видов:
  • однофазные;
  • трёхфазные;
  • высоковольтные агрегаты.
Полупроводниковые частотные преобразователи производят преобразование тока или напряжения промышленной сети. Выходные параметры необходимого сигнала свободно регулируются элементами управления.

По принципу функционирования частотники делятся на классы:

ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока. Тиристорный либо транзисторный преобразователь, нуждающийся в дополнительном звене постоянного напряжения, для безопасной и правильной работы подключённого электродвигателя.

ПЧ с непрерывной связью питающей сети и электрической машины. Представляет собой тиристорный реверсивный преобразователь, способный надёжно функционировать без использования дополнительного оборудования.

У современных преобразователей частоты присутствует экранный дисплей с возможностью отслеживания и задания различных параметров (частота, ток, напряжение, мощность, скорость, крутящий момент, продолжительность работы инвертора).

В зависимости от сферы применения различают инверторы:

• промышленного применения;
• осуществляющие управление техники с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
• используемые в условиях динамической нестабильности и взрывоопасности;
• монтируемые непосредственно на корпус двигателя;
• векторного способа управления;
• для кранового и подъёмного механизмов.

Способы подключения и настройка

Все современные преобразователи частоты оснащены специальными выводами для более удобного их подключения к электродвигателю. Всё сложное схемное исполнение уже смонтировано в корпусе агрегата. В электрической цепи инвертор занимает место сразу после автоматического выключателя, который должен соответствовать номиналу рабочего тока электродвигателя.

При включении частотного преобразователя в однофазную цепь, порог срабатывания автоматического выключателя рассчитывается на величину, в три раза превосходящую рабочий ток в этой цепи.

При трёхфазном питании, необходимо использовать специальный трёхфазный автоматический выключатель с общим рычагом. Ток срабатывания автомата в этом случае, должен ровняться рабочему току каждой из фаз двигателя.

Внимание! Монтаж автоматического выключателя, при подключении двигателя к инвертору, необходимо выполнять в разрыв нулевого провода. Устанавливать автомат в разрыв провода заземления – запрещено!
Настройка подключения преобразователя частоты, заключается в правильном подсоединении проводов и жил кабеля необходимого сечения к конкретным выводам подключаемого электродвигателя.

Способы подключения частотных преобразователей частоты к электродвигателям:
Треугольник. Выводы преобразователя соединяются с последовательно соединёнными обмотками статора управляемого двигателя. Такое подключение используется для бытового подключения к однофазным сетям, где напряжение на выходе инвертора не превышает значение на входе более чем на 50%.

Звезда. Тип соединения, при котором выводы инвертора подключаются к параллельно соединённым обмоткам электродвигателя. Такое соединение используется при включении преобразователя в трёхфазную сеть промышленных объектов.


Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Частотный преобразователь

27.05.2019

Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.

Частотный преобразовательЧастотный преобразовательЧастотные преобразователь Toshiba

Для чего нужен частотный преобразователь?

Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).

Водяной насос управляемый преобразователем частотыВодяной насос управляемый преобразователем частоты
Насос водяной Канальный вентилятор управляемый преобразователем частоты
Преобразователи частоты. 12 важных вопросов при выборе и установке

Преобразователи частоты (ПЧ) — один из основных элементов комплексных решений для энергетических и промышленных проектов. Современные частотные преобразователи — это продукт высоких технологий, они выпускаются с применением новейших разработок и способны не только управлять скоростью вращения электродвигателя, но и защищать электропривод от преждевременного выхода из строя, обеспечивать контроль множества параметров во время его работы. Грамотно выбрать преобразователь частоты, сориентировавшись в многообразии предложений — задача сложная и ответственная, ведь от принятого решения зависит стабильность производственных процессов. Разобраться со всеми тонкостями выбора поможет эта статья.

Часть 1. Зачем нужен преобразователь частоты?

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели. Он обеспечивает плавный пуск, непрерывное автоматическое регулирование скорости и момента во время работы, а также множество других параметров работы электродвигателя. В ряде применений преобразователи обеспечивают снижение потребления электроэнергии до 50 %. Современные ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) способны снижать пусковые токи в среднем в 4-5 раз и выдерживать перегрузки до 200 %.

На сегодняшний день в интернете можно найти большое количество рекомендаций и советов по подбору ПЧ, однако в большинстве случаев они являются общими, неконкретными и никак не применимыми на практике. Как же сориентироваться в огромном количестве критериев и выбрать подходящее оборудование? Рекомендации дают специалисты IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехнического оборудования: Артем Мошечков (ведущий инженер) и Петр Ивлев (специалист по техническому обучению Академии IEK GROUP).

— Зачем устанавливать и использовать преобразователь частоты?

Артем Мошечков: «Данное оборудование решает сразу несколько задач: управляет скоростью вращения электродвигателя, защищает его и в определенных режимах обеспечивает энергосбережение. ПЧ снижает слишком большой пусковой ток и момент, исключая удары, рывки и повышенные механические нагрузки на привод. Также преобразователь частоты позволяет защищать электродвигатель при коротком замыкании, страхует при отклонениях от номинального напряжения сети, контролирует температуру механизма, не допускает перегрева. Таким образом ПЧ обеспечивает более длительную и надежную работу привода, минимизирует затраты на обслуживание и ремонт. Кроме того, в определенных сферах применения и режимах работы преобразователь частоты снижает потребление электроэнергии на 30-50 %».

— Есть задача: выбрать и купить преобразователь частоты. С чего начать?

Петр Ивлев: «Модельный и функциональный ряд современного оборудования предлагает множество вариантов для решения широкого спектра задач. От самых простых до обеспечивающих управление сложнейшими автоматизированными электроприводами. Существует несколько основных критериев, основываясь на которых следует принимать решение о выборе той или иной модели частотного преобразователя».

Чтобы подобрать нужный вариант ПЧ, необходимо прежде всего определиться: для каких именно целей выбирается оборудование, какие конкретные задачи оно должно выполнять. Разумеется, необходимо знать условия эксплуатации и основные характеристики электродвигателя, для управления которым необходим ПЧ.

Современные серии преобразователей частоты включают до нескольких десятков моделей. Например, в линейке CONTROL-L620 IEK®, выведенной на рынок нашей компанией в 2017 году, представлено оборудование от 0,75 до 560 киловатт. В семействе CONTROL-А310 IEK® диапазон мощностей — до 22 киловатт, при этом уже с 11 киловатт есть возможность изготовить преобразователь со встроенным дросселем постоянного тока, что продлевает срок службы преобразователя. Номинальные напряжения — 220 и 380 В.

ПЧ CONTROL-L620 IEK®ПЧ CONTROL-A310 IEK®

Такой бренд, как ONI®, предлагает сразу четыре марки частотных преобразователей: ONI-А400, ONI-М680, ONI-A650 и ONI-К800 — в диапазоне мощностей от 0,4 до 132 кВт.


— Мощность, номинальный ток, напряжение питающей сети: как сориентироваться в этих параметрах?

Петр Ивлев: «Указанные критерии очень важны для оптимальной работы оборудования».
  • Мощность ПЧ должна быть равна мощности двигателя либо превышать ее. В случаях «тяжелого» применения, с высокими пусковыми нагрузками, допускается, чтобы мощность преобразователя была выше на одну, реже — на две ступени. Современные преобразователи частоты имеют большой диапазон мощности. Опять же обратимся к конкретным примерам оборудования: в линейке серии CONTROL-A310 представлены модели с мощностью от 0,4 до 22 кВт в режиме HD и от 0,75 до 22 кВт в режиме ND. Преобразователи частоты CONTROL-L620 поддерживают мощность в режиме HD от 0,75 до 500 кВт, в режиме ND — от 1,5 до 560 кВт. Есть и более узкий разбег: например, ПЧ линейки ONI-А400 работают в пределах мощности от 0,2 до 3,7 кВт.
  • Следующий критерий — номинальный ток. Электропривод не работает в идеальном режиме — всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Поэтому наряду с мощностью при выборе ПЧ обращают внимание на номинальный ток электродвигателя и преобразователя частоты. Рабочее значение данного параметра у ПЧ берется либо с запасом относительно номинального тока двигателя, либо номинал в номинал. Это делается для того, чтобы обезопасить электропривод от возможных перегрузок.
  • Если говорить о напряжении питающей сети, то самыми распространенными моделями, которые используются на производстве, в ЖКХ и прочих сферах народного хозяйства, являются преобразователи напряжения 220 и 380 В. Напомню: значение данного параметра питающей сети и электродвигателя должно быть одинаковым.

— Какой преобразователь частоты лучше — однофазный или трехфазный?

Артем Мошечков: «В интернете можно прочитать, что однофазный преобразователь частоты обладает менее широким спектром возможностей, но это не так. Он способен решать все поставленные задачи».

На вход инвертора такого ПЧ подается однофазное напряжение соответствующей сети, которое на выходе формируется в трехфазное с частотой от 0 до 400 и выше Гц. Таким образом, при помощи однофазного ПЧ можно подключить обычный асинхронный трехфазный двигатель к однофазной сети. Для этого требуется подключить двигатель к преобразователю, правильно скоммутировав обмотки двигателя (на напряжение 220 В). Такие преобразователи частоты есть в семействе ONI — это серия А400, которая предназначена для управления асинхронными двигателями в системах небольшой мощности, но с большими перегрузками.

Трехфазные преобразователи частоты более распространены. Они преобразуют напряжение трехфазной промышленной сети и регулируют большое количество параметров электродвигателя. Примеры оборудования:

  • CONTROL-A310 IEK®,
  • CONTROL-L620 IEK®,
  • ONI-А400,
  • ONI-М680,
  • ONI-A650,
  • ONI-К800.

Часть 2. Нюансы

Использование ПЧ позволяет регулировать скорость электродвигателя от нуля до номинального значения и выше

— Как правильно подобрать диапазон регулирования частоты и какой способ управления выбрать?

Петр Ивлев: «Использование ПЧ позволяет регулировать скорость электродвигателя от нуля до номинального значения и выше. При этом важно помнить, что преобразователь может обеспечить на выходе напряжение, равное напряжению питающей сети. Образно говоря, если двигателю нужно 690 В, а ПЧ рассчитан на 380 В — это в корне неправильный подбор оборудования».

О способах управления

В интернете много теоретической информации о том, какой вариант лучше. На самом деле основывать свой выбор надо не на оценках метода управления, а на области применения преобразователя частоты. В оборудовании, которое работает с кранами, подъемными механизмами или протяжными станками используется векторный способ. В насосах и вентиляторах, то есть в тех механизмах, где скорость практически не меняется, обычно используется скалярный. Оба этих метода решают одну задачу: регулировки скорости и изменения момента.

— Что такое ПИД-регулятор, управляющие входы/выходы, и насколько это важно?

Петр Ивлев: «Пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД-регулятор) управляет внешними процессами, анализируя сигналы обратной связи, поступающие на преобразователь частоты. Этот регулятор есть в 95 % современных преобразователей частоты».

Самый простой пример его использования: требуется поддерживать постоянное давление в трубе 5 Бар. ПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим работы ПЧ.

Простой примерПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим его работы График интервалов

Что касается входов и выходов

Сегодня большинство преобразователей частоты имеют в базовой комплектации аналоговые и цифровые входы/выходы, последовательный интерфейс и т.д. Такой набор функций позволяет интегрировать ПЧ в большинство автоматических систем, без ограничений в выборе способов управления преобразователем.

  • Дискретное (цифровое) управление считается самым простым, данные входы используются для передачи основных команд: пуск или остановка электропривода, регулирование скорости, переключение между режимами работы ПЧ. Такие выходы сообщают о неисправностях, достижениях заданных пределов по частоте и току, дают команды на включение ведомых электроприводов и т.д. На один дискретный вход можно задать необходимую функцию, выбрав из более чем нескольких десятков.
  • Аналоговое управление решает другие задачи. Например, обеспечивает плавное регулирование. Также данный способ управления позволяет проводить постоянный мониторинг и контролировать состояние необходимых параметров системы. Сигналы поступают на вход ПЧ с соответствующих датчиков.
  • Управление по последовательному интерфейсу используется для построения сложной автоматизированной системы. Данный способ позволяет управлять сразу несколькими преобразователями частоты, причем они могут находиться далеко друг от друга. Такой способ значительно сокращает число проводов, одновременно увеличивая возможности передачи информации. Наиболее универсальным и, соответственно, популярным и надежным интерфейсом (протоколом) для подключения к ПЧ на сегодняшний день считается Modbus (RS485).
Modbus (RS485)

— На что еще стоит обратить внимание, выбирая преобразователь частоты?

Артем Мошечков: «Разумеется, на функциональность, эргономичность оборудования, наличие дополнительных возможностей, понятный интерфейс. Важный для многих вопрос — условия работы и монтажа ПЧ. Например, преобразователи частоты серии CONTROL-А310 и L620 IEK® требуют достаточного свободного пространства для охлаждения, а ONI-А400 можно монтировать по принципу «стенка к стенке». Но все эти серии отличаются малыми габаритами и неприхотливостью в монтаже».

В некоторых линейках есть возможность использования стандартной витой пары UTP кат. 5e для выносного монтажа идущей в комплекте панели управления, что позволяет максимально упростить и до 10 раз удешевить монтаж панели управления по сравнению с преобразователями, использующими специальные коммутационные шлейфы.

Обращайте внимание на условия эксплуатации: например, если необходимо, чтобы преобразователь частоты безотказно работал при высокой влажности, стоит рассмотреть серию CONTROL-L620 IEK® — данное оборудование без дополнительного охлаждения можно эксплуатировать при относительной влажности до 95 % и температуре от -10 до +40 °C. А специальное покрытие плат, в соответствии с промышленными стандартами, позволяет применять эти преобразователи в тяжелых условиях.

Обязательно поинтересуйтесь, какие силовые ключи используются при сборе ПЧ — одними из самых надежных являются IGBT производства компании Infineon. Они позволяют существенно повысить надёжность и отказоустойчивость оборудования.

Система управления частотным преобразователем должна быть интуитивно понятной, функциональной, вариативной. В передовых моделях, например, таких как серия ONI-M680, источником управляющего сигнала может быть кнопочная панель, промышленная сеть, цифровые входы и импульсный вход. Имеется возможность подключения исполнительных устройств, датчиков, программируемых логических контроллеров. Некоторые входы и выходы способны функционировать в различных режимах.

И, разумеется, важны сертификация, гарантия производителя. Если говорить о тех сериях, на основе которых мы разбирали принципы работы ПЧ, то у линейки CONTROL IEK® расчетный срок службы составляет 7 лет, гарантия — два года. Все преобразователи, выпускающиеся под этой маркой, имеют сертификаты соответствия ГОСТ. Аналогичные показатели у частотных преобразователей семейства ONI®.

Часть 3. Особенности применения ПЧ для различного оборудования

— Преобразователь частоты для насосного оборудования: что он дает?

Артем Мошечков: «В случае с насосным оборудованием чаще всего требуется защитить трубопровод от гидроударов во время запуска насоса, а сам электропривод — от преждевременного выхода из строя и работы в аварийном режиме. Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения».
Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения

Для решения этих задач требуется обеспечить плавный пуск насосов и плавное же изменение частоты вращения электродвигателя. Причем диапазон значений должен быть достаточно широк: во время пиковой нагрузки электропривод работает на номинальных оборотах, обеспечивая необходимый расход воды. При малом разборе поддерживается в рабочем состоянии, потребляя тот минимум электроэнергии, который необходим в данный момент. Также в сфере ЖКХ с помощью ПЧ возможно создание автоматизированной каскадной системы насосов, когда, в зависимости от разбора воды в жилых домах, работает один насос или, например, три. С помощью специальных функций преобразователь частоты позволяет экономить электроэнергию — это происходит за счет автоматической остановки работающего насоса при отсутствии расхода воды в системе.

С этой задачей справятся ПЧ следующих серий: CONTROL-A310 IEK®, CONTROL-L620 IEK®, ONI-А400, ONI-M680. Однако наиболее удачным выбором станет преобразователь частоты ONI-A650, разработанный специально для применения в системах вентиляции и насосных установках. Уже в базовой конфигурации он содержит специальную плату каскадного управления насосами, что позволяет объединить до 5 насосов в единый каскад.

Мнение: Преобразователь частоты ONI-К800 был применен в приводе насоса системы водоснабжения и в приводе конвейера. Зарекомендовал себя с положительной стороны. При настройке и в ходе эксплуатации легко монтировались силовые и контрольные кабели, преобразователь просто настраивался с лицевой панели. Обладает большим функционалом защит, большим количеством входов-выходов.
Начальник отдела ЭМП АО «Уралгипромез» Д.Н. Томашевский.

— Какие преобразователи частоты подойдут для грузоподъемных механизмов (крановое оборудование, лебёдки)?

Петр Ивлев: «Современный крановый механизм — очень сложная система. Поэтому преобразователь частоты для электропривода такого механизма должен соответствовать высоким требованиям: обладать высокой перегрузочной способностью (до 200 %), уметь управлять механическим тормозом электродвигателя, иметь возможность подключения тормозного резистора (встроенный тормозной модуль) и организации обратной связи для регуляции скорости вращения электродвигателя. Последняя необходима для обеспечения быстрого обмена информацией между звеньями системы, непрерывного мониторинга всех процессов и точного управления параметрами во время работы сложнейшего кранового механизма».

Преобразователи частоты для электродвигателей грузоподъемных механизмов позволяют организовать надежное управление электроприводом при подъеме и опускании груза, поворотах стрелки, обеспечивая вертикальное и горизонтальное перемещение без раскачивания, с различными скоростями, таким образом гарантируя максимальную производительность.

В зависимости от модели крана, это могут быть следующие виды частотных преобразователей:

  • для обеспечения плавного перемещения крана можно порекомендовать серии CONTROL-L620 IEK®, ONI-M680 и ONI-K800;
  • для надежной работы лебёдки подъёма, в зависимости от задачи, подойдут М680 и К800.

— Как преобразователь частоты работает в случае с транспортерным и конвейерным оборудованием?

Артем Мошечков: «При запуске таких механизмов возникает пусковой ток, превышающий номинальный в 6-7 раз, а также — большая нагрузка на детали механизма и, как следствие, повышенный износ узлов или перегрев электродвигателя. Это самая частая причина отказов подобного оборудования. Далее, в процессе работы привод обычно вращается с одинаковой скоростью. Поэтому для механизмов непрерывного транспорта очень важны плавный разгон и торможение без рывков, пробуксовок, остановок, а также постоянная заданная скорость движения. Следовательно, преобразователь частоты для такого оборудования решает задачи по обеспечению постоянной скорости транспортера или конвейера, повышению уровня надежности (так как значительно снижает количество отказов как механического, так и электрического происхождения), устранению перегрузок во время запуска».
Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп»

Использование преобразователей частоты с электродвигателями конвейеров и транспортеров позволяет не просто автоматизировать запуск, регулирование скорости и остановки ленты, но и создавать более сложные алгоритмы работы оборудования (зависит от выбранной модели ПЧ и подключенных датчиков).

Мнение: Преобразователь частоты CONTROL-L620 IEK® номинальной мощностью 5.5 был установлен на подающем конвейере в установке № 2 для сушки травяной муки. Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп». Оборудование зарекомендовало себя с положительной стороны. Во время тестирования все функции работали в заявленном штатном режиме, замечаний во время эксплуатации выявлено не было.
Заместитель генерального директора по IT ПАО «Птицефабрика Боровская» С.М. Солкин.

— Есть ли смысл использовать преобразователи частоты для вентиляторного оборудования?

Петр Ивлев: «Есть. ПЧ для вентиляторного оборудования регулирует скорость вращения вала электропривода, позволяя экономить на электричестве. В случае установки дополнительного датчика, который передает оперативные данные о текущей потребности в воздухе на преобразователь, последний изменяет скорость вращения электродвигателя. Это позволяет экономить электроэнергию на 20-40 %. Кроме того, ПЧ надежно защищает электропривод вентилятора от бросков тока и перегрузок за счет плавного пуска и такой же плавной остановки вала».

Можно порекомендовать к установке на вентиляторное оборудование преобразователи частоты следующих серий: ONI-A650, CONTROL-A310 IEK®, CONTROL-L620 IEK®, ONI-A400.

— «Тяжелый» или «нормальный» режим работы преобразователя частоты — какой выбрать?

Артем Мошечков: «Современные ПЧ обеспечивают пуск и работу двигателей в нормальном или тяжелом режиме. Для их обозначения используются аббревиатуры ND — нормальный и HD — тяжелый».
Режимы работы двигателя

В режиме ND величина вращающего момента постоянна, независимо от скорости вращения двигателя. В частности, таким образом работают насосы.

Тяжелый режим (НD) характеризуется нагрузкой с переменным вращающим моментом — как в случае с экструдерами, конвейерами или компрессорами. При этом существуют частотные преобразователи, которые поддерживают сразу два указанных режима, что позволяет экономить бюджет при проектировании различных систем. Например, преобразователи частоты IEK® серий CONTROL-A310 и L-620 могут работать как в ND-режиме, так и в режиме HD. Также оба режима поддерживают ПЧ ONI-М680.

Частотник для трехфазного электродвигателя-принцип работы

Создание трёхфазного асинхронного электродвигателя пришлось на конец XIX века. С тех пор, никакие промышленные работы не являются возможными без его использования. Наиболее значимый момент в рабочем процессе — плавный пуск и торможение двигателя. Это требование в полной мере выполняется при помощи частотного преобразователя.

Существует несколько вариантов названий частотника для трёхфазного электродвигателя. В том числе, он может называться:

  • Инвертором;
  • Преобразователем частоты переменного тока;
  • Частотным преобразователем;
  • Частотно регулируемым приводом.

С помощью инвертора осуществляется регуляция вращательной скорости асинхронного электродвигателя, предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Осуществляемое при этом движение можно трансформировать в движение другого типа.

Специально разработанная схема частотного преобразователя позволяет доводить КПД двигателя до уровня в 98%.

Наиболее значимо использование преобразователя в конструкции электрического двигателя большой мощности. Частотник позволяет осуществлять изменения пусковых токов и задавать для них требуемую величину.

Принцип работы частотного преобразователя

Использование ручного управления пускового тока чревато излишними энергозатратами и уменьшением срока эксплуатации электрического двигателя. При отсутствии преобразователя также наблюдается превышение номинального значения напряжения в несколько раз. Из-за работы в таком режиме, также наблюдается негативное влияние.

Кроме того, частотный преобразователь обеспечивает плавность управления функционированием двигателя, ориентируясь на балансировку значений напряжения и частоты, и снижает энергопотребление вдвое.

Весь приведённый перечень положительных моментов возможен благодаря принципу двойного преобразования напряжения. Действует он следующим образом:

  1. Сетевое напряжение регулируется через выпрямление и фильтрование в звене прямого тока.
  2. Выполнение электронного управления, которое формирует определённую частоту, в соответствии с предварительно обозначенным режимом, и трёхфазное напряжение.
  3. Происходит продуцирование прямоугольных импульсов с последующей корректировкой амплитуды при помощи обмотки статора.

Как правильно подобрать преобразователь частот

Наиболее значимо при покупке частотника — не жалеть денег. В случае с преобразователем, дешёвый всегда означает малофункциональный, а это делает покупку бесполезной.

Также следует обратить внимание на тип управления преобразователя:

Высокоточная установка величины тока.

Рабочий режим ограничен заданным выходным соотношением частоты и напряжения. Данный тип управления уместен только для бытовых приборов простейшего типа.

Далее следует обратить внимание на мощность преобразователя частоты. Тут всё просто: чем больше, тем лучше.

Питающая сеть должна обеспечивать достаточно широкий диапазон напряжений. Это снижает риск поломки при резких скачках. Чрезмерно высокое напряжение может спровоцировать взрыв конденсаторов.

Показатели частоты должны удовлетворять производственным потребностям. Их нижний порог определяет широту возможностей для управления приводной скорости. Максимальный частотный диапазон возможен только при векторном управлении.

Число входящих/выходящих управляющих разъёмов должно быть немного больше минимально необходимого. Но это, конечно, отражается на повышении цены и возникновении затруднений при установке устройства.

Наконец, требуется обратить внимание на совпадение характеристик управляющей шины и параметров частотника. Это определяется по соответствию числа разъёмов.

Важно отметить способность переносить перегрузки. Запас мощности преобразователя частоты должен на 15% превосходить мощность двигателя.

Комплектация регулируемого привода

Частотный преобразователь формируется из трёх компонентов:

  1. Управляемый, либо неуправляемый выпрямитель, отвечающий за формирование напряжения ПТ (постоянного тока), поступающего от питания.
  2. Фильтр (в виде конденсатора), осуществляющий дополнительное сглаживание напряжения.
  3. Инвертор, моделирующий напряжение нужной частоты.

Самостоятельное подключение преобразователя

Перед тем, как приступать к подключению устройства следует воспользоваться обесточивающим автоматом, он обеспечит отключение всей системы в случае короткого замыкания на любой из фаз.

Существует две схемы соединения электродвигателя с частотным преобразователем:

  1. «Треугольник».

Схема актуальна, если требуется управлять однофазным приводом. Уровень мощности преобразователя в схеме при этом составляет до трёх киловатт, а мощность не теряется.

  1. «Звезда».

Способ, подходящий для подключения клемм трёхфазных частотников, питаемых промышленными трёхфазными сетями.

На рисунке схема подключения частотника 8400 Vector

Для ограничения пускового тока и снижения пускового момента при запуске электрического двигателя по мощности превосходящего 5 кВт, применяется переключение «звезда-треугольник».

Когда на статор пускается напряжение, то фигурирует подключение устройства по типу «звезда». Как только значение скорости двигателя начинает соответствовать номинальному, поступление питания осуществляется по схеме «треугольник». Но этот приём используется, только когда технические возможности позволяют подключаться по двум схемам.

В объединённой схеме «звезды» и «треугольника» наблюдаются резкие скачки токов. При переходе на второй тип подключения показания по вращательной скорости значительно уменьшаются. Для восстановления прежнего режима работы и частоты оборотов следует осуществить увеличение силы тока.

Наиболее активно применяются частотники в конструкции электрического двигателя с уровнем мощности 0,4 — 7,5 кВт.

Сборка преобразователя частот своими руками

Одновременно с промышленным производством частотных преобразователей, остаётся актуальной сборка подобного устройства своими руками. Особенно этому способствует относительная простота процесса. В результате работы инвертора производится преобразование одной фазы в три.

Применение в бытовых условиях электрических двигателей, имеющих в комплектации подобное устройство, не вызывает никаких дополнительных затруднений. Поэтому можно смело браться за дело.

На рисунке структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока.

Схемы частотного преобразователя, используемые при сборке, состоят из выпрямительного блока, фильтрующих элементов (отвечающих за отсечение переменной составляющей тока и конструируемых из IGBT-транзисторов). По стоимости покупка отдельных компонентов преобразователя и выполнение сборки своими руками обходится дешевле, чем приобретение готового устройства.

Применять самосборные частотные преобразователи можно в электродвигателях имеющих мощность 0,1 — 0,75 кВт.

В то же время, современные заводские частотники имеют расширенную функциональность, усовершенствованные алгоритмы и улучшенный контроль безопасности рабочего процесса ввиду того, что при их производстве используются микроконтроллеры.

Сферы применения преобразователей:

  • Машиностроение;
  • Текстильная промышленность;
  • Топливно-энергетические комплексы;
  • Скважинные и канализационные насосы;
  • Автоматизация управления технологическим процессом.

Стоимость электродвигателей находится в прямой зависимости от того, есть ли в его комплектации преобразователей.

Самодельный частотный преобразователь 220-380V собственной сборки


Watch this video on YouTube
Частотный преобразователь: устройство, принцип работы, назначение

Так как электропривод является одним из основных способов механизации производств и бытовых задач, в ряде случаев возникает необходимость регулировки оборотов электродвигателей. В зависимости от их вида и принципа работы используются различные технические решения. Одним из них является частотный преобразователь. Что это такое и где применяется частотник, мы расскажем в этой статье.

Определение

По определению частотный преобразователь – это электронный силовой преобразователь для изменения частоты переменного тока. Но в зависимости от исполнения изменяется и уровень напряжения, и число фаз. Может быть вам не совсем понятно, для чего нужен такой прибор, но мы постараемся рассказать о нём простыми словами.
Асинхронный электродвигатель
Частота вращения вала синхронных и асинхронных двигателей (АД) зависит от частоты вращения магнитного потока статора и определяется по формуле:

n=(60*F/p)*(1-S),

где n – число оборотов вала АД, p – число пар полюсов, s – скольжение, f – частота переменного тока (для РФ – 50 Гц).

Простым языком, частота вращения ротора зависит от частоты и числа пар полюсов. Число пар полюсов определяется конструкцией катушек статора, а частота тока в сети постоянна. Поэтому, чтобы регулировать обороты мы можем регулировать только частоту с помощью преобразователей.

Устройство

С учетом сказанного выше сформулируем заново ответ на вопрос, что это такое:

Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты переменного тока, следовательно, и числа оборотов ротора асинхронной (и синхронной) электрической машины.

Условное графическое обозначение согласно ГОСТ 2.737-68 вы можете видеть ниже:

УГО частотного преобразователя по ГОСТ

Электронным он называется потому, что в основе лежит схема на полупроводниковых ключах. В зависимости от функциональных особенностей и типа управления будут видоизменяться и принципиальная электрическая схема, и алгоритм работы.

На схеме ниже вы видите как устроен частотный преобразователь:

Блок-схема преобразователя частоты
Принцип действия преобразователя частоты лежит в следующем:

  • Сетевое напряжение подаётся на выпрямитель 1 и становится выпрямленным пульсирующим.
  • В блоке 2 сглаживаются пульсации и частично компенсируется реактивная составляющая.
  • Блок 3 – это группа силовых ключей, управляемых системой управления (4) методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такая конструкция позволяет получить на выходе двухуровневое ШИМ-регулируемое напряжение, которое после сглаживания приближается к синусоидальному виду. В дорогих моделях нашла применение трёхуровневая схема, где используется больше ключей. Она позволяет добиться более близкой к синусоидальной формы сигнала. В качестве полупроводниковых ключей могут использоваться тиристоры, полевые или IGBT-транзисторы. В последнее время наиболее востребованы и популярны последние два типа из-за эффективности, малых потерь и удобства управления.
  • С помощью ШИМ формируется нужный уровень напряжения, простыми словами – так модулируют синусоиду, поочередно включая пары ключей, формируя линейное напряжение.

Так мы кратко рассказали, как работает и из чего состоит частотный преобразователь для электродвигателя. Он используется в качестве вторичного источника электропитания и не просто управляет формой тока питающей сети, а преобразует его величину и частоту в соответствии с заданными параметрами.

Виды частотников и сфера применения

Способы управления

Регулировка оборотов может осуществляться разными способами, как по способу установки требуемой частоты, так и по способу регулирования. Частотники по способу управления делят на два типа:

  1. Со скалярным управлением.
  2. С векторным управлением.

Устройства первого типа регулируют частоту по заданной функции U/F, то есть вместе с частотой изменяется и напряжение. Пример такой зависимости напряжения от частоты вы можете наблюдать ниже.

Она может отличаться и программироваться под конкретную нагрузку, например, на вентиляторах она не линейная, а напоминает ветвь параболы. Такой принцип работы поддерживает магнитный поток в зазоре между ротором и статором почти постоянным.
Скалярная функция регулирования
Особенностью скалярного управления является его распространенность и относительная простота реализации. Используется чаще всего для насосов, вентиляторов и компрессоров. Такие частотники часто используют, если нужно поддерживать стабильное давление (или другой параметр), это могут быть погружные насосы для скважин, если рассматривать бытовое применение.
Электродвигатели в насосной на производстве
На производстве же сфера применения широка, например, регулировка давления в тех же трубопроводах и производительности автоматических систем вентиляции. Диапазон регулирования обычно составляет 1:10, простым языком максимальная скорость от минимальной может отличаться в 10 раз. Из-за особенностей реализации алгоритмов и схемотехники такие устройства обычно дешевле, что и является основным преимуществом.
Частотные преобразователи разной мощности
Недостатки:

  • Не слишком точная поддержка оборотов.
  • Медленнее реакция на изменение режима.
  • Чаще всего нет возможности контролировать момент на валу.
  • С ростом скорости сверх номинальной падает момент на валу двигателя (то есть когда поднимаем частоту выше номинальных 50 Гц).

Последнее связано с тем, что напряжение на выходе зависит от частоты, при номинальной частоте напряжение равняется сетевому, а выше частотник поднимать «не умеет», на графике вы могли видеть ровную часть эпюры после 50 Гц. Следует отметить и зависимость момента от частоты, она падает по закону 1/f, на графике ниже изображена красным, а зависимость мощности от частоты синим.
Зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты
Преобразователи частоты с векторным управлением имеют другой принцип работы, здесь не просто напряжение соответствует кривой U/f. Характеристики выходного напряжения изменяются в соответствии с сигналами от датчиков, так чтобы на валу поддерживался определенный момент. Но зачем нужен такой способ управления? Более точная и быстрая регулировка – отличительные черты частотного преобразователя с векторным управлением. Это важно в таких механизмах, где принцип действия связан с резким изменением нагрузки и момента на исполнительном органе.
Векторная диаграмма
Такая нагрузка характерна для токарных и других видов станков, в том числе ЧПУ. Точность регулирования до 1,5%, диапазон регулировки – 1:100, для большей точности с датчиками скорости и пр. – 0,2% и 1:10000 соответственно.

На форумах бытует мнение, что на сегодняшний день разница в цене между векторными и скалярными частотниками меньше чем была раньше (15-35% в зависимости от производителя), а главным отличием является в большей степени прошивка, чем схемотехника. Также отметим, что большинство векторных моделей поддерживают и скалярное управление.

Преимущества:

  • большая стабильность работы и точность;
  • быстрее реакция на изменения нагрузки и высокий момент на низкой скорости;
  • шире диапазон регулирования.

Главный недостаток – стоит дороже, чем скалярные.

В обоих случаях частота может задаваться вручную или датчиками, например, датчиком давления или расходомером (если речь вести о насосах), потенциометром или энкодером.

Во всех или почти во всех преобразователях частоты есть функция плавного пуска двигателя, что позволяет легче пускать двигатели от аварийных генераторов практически без риска его перегрузки.

Количество фаз

Кроме способов реагирования частотники отличаются и количеством фаз на входе и выходе. Так различают частотные преобразователи с однофазным и трёхфазным входом.

При этом большинство трёхфазных моделей могут питаться от одной фазы, но при таком применении их мощность уменьшается до 30-50%. Это связано с допустимой токовой нагрузкой на диоды и другие силовые элементы схемы. Однофазные же модели выпускаются в диапазоне мощностей до 3 кВт.

Важно! Учтите, что при однофазном подключении с напряжением на вход 220В, будет выход 3 фазы по 220В, а не по 380В. То есть линейное на выходе будет именно 220В, если говорить кратко. В связи с чем распространенные двигатели с обмотками, рассчитанными на напряжения 380/220В нужно соединять в треугольник, а те что на 127/220В – в звезду.

В сети вы можете найти много предложений типа «частотный преобразователь 220 на 380» — это в большинстве случаев маркетинг, продавцы любые три фазы называют «380В».

Чтобы получить настоящие 380В из одной фазы нужно либо использовать однофазный трансформатор 220/380 (если вход преобразователя частоты рассчитан на такое напряжение), либо использовать специализированный частотный преобразователь с однофазным входом и 380В трёхфазным выходом.
Миниатюрный преобразователь для насоса
Отдельным и более редким видом преобразователей частоты являются однофазные частотники с однофазным выходом 220. Они предназначены для регулировки однофазных двигателей с конденсаторным пуском. Примером таких устройств являются:

  • ERMAN ER-G-220-01
  • INNOVERT IDD

Схема подключения

В реальности же, чтобы получить из частотного преобразователя 380В выход 3 фазы, нужно подключить на вход 3 фазы 380В:
Схема подключения 3-фазного частотного преобразователя к 3ф двигателю
Подключение частотника к одной фазе аналогично, за исключением подключения питающих проводов:
Схема подключения 1-фазного частотника к 3-фазному двигателю
Однофазный преобразователь частоты для двигателя с конденсатором (насоса или вентилятора малой мощности) подключается по такой схеме:
Схема подключения 1-фазного преобразователя частоты к конденсаторному двигателю
Как вы могли видеть на схемах, кроме питающих проводов и проводов к двигателю у частотника есть и другие клеммы, к ним подключаются датчики, кнопки выносного пульта управления, шины для подключения к компьютеру (чаще стандарта RS-485) и прочее. Это даёт возможность управления двигателем по тонким сигнальным проводам, что позволяет убрать частотный преобразователь в электрощит.
Клеммы частотного преобразователя для подключения датчиков, питания и двигателя

Частотники – это универсальные устройства, назначение которых не только регулировка оборотов, но и защита электродвигателя от неправильных режимов работы и электропитания, а также от перегрузки. Кроме основной функции в устройствах реализуется плавный пуск приводов, что снижает износ оборудования и нагрузки на электросеть. Принцип работы и глубина настройки параметров большинства частотных преобразователей позволяет экономить электроэнергию при управлении насосами (ранее управление осуществлялось не за счет производительности насоса, а с помощью задвижек) и другим оборудованием.

На этом мы и заканчиваем рассмотрение вопроса. Надеемся, после прочтения статья вам стало понятно, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

назначение и принцип работы, применение для управления вращением электродвигателя

 как работает частотный преобразователь для электродвигателяЧастотный преобразователь — электронное устройство для изменения частоты тока. Оно широко применяется для работы асинхронных электрических двигателей. Использование этого прибора позволяет продлить срок службы механизмов и увеличить экономию электроэнергии.

Достигается это тем, что преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает плавный пуск рабочего режима электрооборудования и его остановку.

Устройство и назначение

Частотный преобразователь представляет собой набор схем, в которых тиристоры или транзисторы функционируют в режиме электронных ключей. Основное управление этими ключами осуществляет микропроцессор, который параллельно выполняет контроль, диагностику и защиту.

Часто преобразователь называют инвертором частотником. Существует два класса оборудования этого назначения:

  1. С прямой связью.
  2. С промежуточным звеном постоянного тока.

 частотник принцип работыПо своим характеристикам каждый класс обладает своими преимуществами и недостатками, которые и определяют место их конкретного использования. Управляемый выпрямитель считается основным электрическим устройством в инверторах с прямой связью. Во время работы он отключает тиристоры и подключает статорную обмотку электродвигателей к сети.

Преобразование выходного напряжения происходит за счет участков входного, поэтому их частота не может быть равна или больше питания, поступающего от источника. То есть она находится в пределах от 0 до 50 Гц, что приводит к слишком малому диапазону управления частотой вращения электродвигателя.

Эти параметры не позволяют подобные конструкции использовать в современных, регулируемых по частоте приводах.

Асинхронные электродвигатели требуют сложную регулировку вращения, которую и обеспечивают преобразователи частоты, создающие на выходе высокочастотное напряжение до 800 Гц.

Принцип действия

Если объяснять принцип работы частотного преобразователя, то можно сказать, что применение этого устройства позволяет эффективно и качественно управлять работой мощных асинхронных электродвигателей.

Оборудование представляет собой частотно-регулируемый привод (ЧРП), за счет которого улучшились технические характеристики машин и механизмов. Чтобы изменить число оборотов вала двигателя, необходимо отрегулировать амплитуду напряжения и частоты. Принцип работы преобразователя частоты основан на двух способах:

  1. Частотный преобразователь для электродвигателяСкалярное управление — позволяет проводить регулировку согласно линейному закону, когда амплитуда и частота пропорционально зависят друг от друга. То есть изменение частоты влияет на амплитуду поступающего напряжения, которое действует на крутящий момент и коэффициент мощности механизма. Очень важно, чтобы момент нагрузки на валу электродвигателя оставался одинаковым, а отношение напряжения к выходной частоте оставалось неизменным.
  2. Векторная регулировка — позволяет удерживать постоянную нагрузку при любых изменениях частоты. Осуществляет более точное управление, и электропривод мягче реагирует на изменение выходной мощности. Следует учитывать, на момент вращения влияет величина тока статора, точнее, магнитное поле, которое он создает.

Промышленное напряжение поступает на выпрямитель, который сглаживает синусоиды, оставляя пульсации сигнала. Чтобы их ликвидировать и сгладить форму выходного напряжения, предусмотрены в конструкции конденсаторы с индуктивностью.

С выпрямителя сигнал поступает на вход инвертора, состоящего из шести транзисторов с диодами, которые выполняют защитные функции от напряжения обратной полярности. Иногда в схемах могут стоять тиристоры, но они действуют медленнее и с большими помехами.

Чтобы обеспечить плавное торможение вращения, в конструкцию вмонтирован регулируемый транзистор с мощным сопротивлением. По такому принципу работает частотный преобразователь для электродвигателя.

Выпускаемые модели

Во многих областях применяются асинхронные двигатели, работа которых характеризуется высокими показателями устойчивости и безопасности. Это особенно важно, так как любое устройство обладает своими индивидуальными характеристиками, зачем и нужны инверторы, которые обеспечивают оптимизацию параметров их питания. К новой линейке оборудования относятся:

  1.  принцип работы преобразователя частотыEmotron FDU 2.0 — преобразователь частоты последнего поколения, выпускаемый шведской компанией Emotron. Устройство работает в диапазоне от 0,75 до 1,6 кВт и рассчитано на разные группы напряжения: 3×380 B, 3×500 B, 3×690 B. В основном инвертор используется для насосного или вентиляционного оборудования.
  2. Emotron серии CDU/CDX — оборудование, предназначенное для контроля за работой лифта. Инверторы этой марки устанавливаются как на новые лифты, так и для модернизации старых конструкций. Монтируются в машинном отделении или непосредственно рядом с шахтой.
  3. «Лидер» — преобразователь частоты применяется для управления асинхронными двигателями в насосном, вентиляционном оборудовании, мельницах, дробилках, центрифугах и так далее. Устройство исключает присутствие динамических ударов во время запуска, что позволяет в 1,5—2 раза увеличить срок службы двигателя и приводного механизма.
  4. Easydrive серии Smart — инвертор, обладающий выходной мощностью от 1 Гц до 2 кГц. Отличается автоматическим определением параметров электродвигателя, когда механизм неподвижен. Устройство обладает семью программируемыми входами переключения, которые позволяют выполнять до 30 функций.

Все модели позволяют менять направление вращения вала электродвигателя, экономить основные энергетические ресурсы, снижать эксплуатационные затраты.

Правила подключения и настройки

Частотный преобразователь принцип работы для чайников Для полноценной и эффективной работы инвертора асинхронного электродвигателя его необходимо правильно подключить и настроить. В схему перед частотником устанавливается нужный автоматический выключатель. Если это трехфазная сеть, то выключатель должен быть рассчитан на напряжение 380 В, а сила тока соответствовать номиналу двигателя.

В случае аварийной ситуации в сети на одной фазе, отключены будут и остальные токоведущие проводники. Величина тока разрыва должна соответствовать значению в отдельной фазе электродвигателя. При использовании преобразователя частоты в однофазной сети устанавливается одиночный автоматический выключатель, по номиналу превышающий в три раза значение тока.

В обоих случаях автоматические выключатели не рекомендуется устанавливать в разрыв заземляющего или нулевого проводника, необходимо осуществлять только прямое подключение.

Чтобы подключение было выполнено правильно, идущие от преобразователя токоведущие провода должны быть подключены к соответствующим клеммам двигателя.

Статорные обмотки механизма соединяются «звездой» или «треугольником», в зависимости от того, какое напряжение поступает от инвертора. Если оно совпадает с наименьшим значением на корпусе электродвигателя, то применяется схема «треугольник». При совпадении высокого значения напряжения соединение проводится по схеме «звезда».

Для чего нужен частотный преобразователь

Далее, инвертор подключается к контроллеру и блоку управления, который обычно поставляется в комплекте с преобразователем. Все подключения проводятся по схеме, входящей в руководство по эксплуатации оборудования. После выполнения крепежных работ включается автомат и на инвертор подается питание, о чем будет сигнализировать лампочка на пульте.

Для начала работы частотника включается кнопка запуска и осуществляется поворот соответствующей рукоятки. Электродвигатель медленно начнет вращаться. Если необходимо поменять вращение в обратную сторону, то для этого на пульте находится соответствующий тумблер. Чтобы добиться необходимого количества оборотов двигателя, устанавливается необходимая частота напряжения или вращения, в зависимости от модели оборудования.

выбор и расчёт, управление, сборка своими руками

Частотный преобразовательЧастотный преобразовательОдним из главных недостатков асинхронных двигателей является сложность регулировки частоты вращения. Изменять её можно тремя способами: изменением количества пар полюсов, изменением скольжения и изменением частоты. В последнее время для регулирования скорости вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя частоту тока меняют с помощью частотных преобразователей для электродвигателя.

Понятие о принципе работы частотника

В последнее время на производстве стали широко использоваться высокочастотники, у многих неопытных новичков, встречающих их на практике, часто возникает вопрос, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Достоинствами частотного привода для электродвигателя являются:

  • снижение электропотребления двигателем;
  • улучшение показателей работы: плавность запуска и регулировки скорости вращения;
  • исключение возможных перегрузок.

Плавность пуска обеспечивается преобразователем благодаря снижению с его помощью пускового тока, который без частотника превышает номинальный ток в 5–7 раз.

Основными частями в устройстве преобразователя являются инвертор и конденсаторы. Инвертор обычно выполнен из диодных мостов. Его задача — выпрямить напряжение на входе, которое может принимать значение 220В или 380В в зависимости от количества фаз, но сохранить при этом пульсации. Затем конденсаторы выпрямленное напряжение сглаживают и фильтруют.

Потом постоянный ток отправляется на микросхемы и выходные мостовые IGBT-ключи. Обычно мостовой IGBT-ключ — это шесть транзисторов, соединённых по мостовой схеме. Защиту от пробоя напряжения обратной полярности осуществляют диоды. В более ранних схемах вместо транзисторов были использованы тиристоры, значительными недостатками которых были некоторая замедленность в работе и помехи.

Понятие о принципе работы частотникаПонятие о принципе работы частотникаБлагодаря этим устройствам возникает широтно-импульсная последовательность с необходимой частотой. На выходе частотника импульсы напряжения имеют прямоугольный вид. А после того как они проходят через обмотку статора, вследствие её индуктивности, принимают синусоидальный вид.

Чтобы понять, зачем нужен инвертор, необходимо уяснить, что ток бывает постоянным и переменным. И если преобразователи частоты используются при работе с переменным током, то для управления электромотором постоянного тока необходим электропривод постоянного тока. Он называется инвертором и его назначением в схеме является контроль тока возбуждения. И он также независимо от изменений нагрузки может поддерживать скорость вращения ротора в требуемых пределах и осуществлять его торможение.

Советы по выбору частотников

При выборе частотника наиболее низкая стоимость определена набором минимальных функций. Рост стоимости пропорционален их увеличению.

Первоначально преобразователи классифицируют по мощности. Не менее важными параметрами являются перегрузочная способность и тип исполнения.

Мощность частотника должна быть не меньше максимальной мощности установки. Для оперативного ремонта или замены в случае поломки частотного привода для электромотора желательно, чтобы сервис-центр был расположен в непосредственной близости.

При выборе преобразователя немаловажным фактором является его напряжение. Если подобрать частотник определённого напряжения, а в сети оно окажется более низким, то он будет отключаться. Если же напряжение сети будет длительно допускать допустимое напряжение, то это приведёт к его повреждению и невозможной дальнейшей работе. С учётом этих рисков нужно выбирать частотники с большим интервалом допустимого напряжения.

Существует два типа управления преобразователей: векторное и скалярное.

При скалярном управлении удерживается постоянство между значением напряжения и частоты на выходе. Это наиболее простой тип частотников, и, вследствие этого, более дешёвый.

При векторном управлении из-за снижения статической ошибки управление осуществляется более точно. Но и стоимость асинхронного преобразователя частоты с этим видом управления более высока в сравнении со скалярным управлением.

Зона регулирования частоты тока должна быть в необходимых пределах. Для диапазонов с регулировкой по частоте более, нежели в 10 раз лучше выбрать векторное управление.

Выбор частотного преобразователяВыбор частотного преобразователя

Количество вводов должно быть оптимальным, потому как при слишком большой их численности цена прибора для изменения частоты будет неоправданно завышена, а также могут возникнуть некоторые сложности при его настройке.

Необходимо учесть перегрузочные способности частотника по току и мощности. Ток частотника должен быть чуть больше, нежели номинальный ток двигателя. В случае возникновения ударных нагрузок необходим запас по пиковому току, который должен быть не менее 10% от ударного тока.

Расчёт частотника для электродвигателя

Для того чтобы преобразователь частоты имел возможность работать надёжно и соблюдать заданные значения, необходимо рассчитать его основные параметры:

  • тип исполнения;
  • ток;
  • мощность.

Расчёт тока преобразователя производится по формуле:

где Р – номинальная мощность двигателя, квт;

U – напряжение, В

сosφ – значение коэффициента мощности

Правильный выбор мощности прибора для изменения частоты сказывается на эффективности работы установки. При заниженной мощности частотного преобразователя производительность оборудования будет невысокой. Длительные перегрузки при работе могут привести к поломке преобразователя частоты.

При завышенной мощности частотного преобразователя и скачках напряжения или перегрузке не сработает защита электродвигателя, что приведёт к его повреждению. U

Мощность частотника должна быть больше номинальной мощности соответствующего двигателя на 15%.

Необходимые материалы для самодельного частотника

Необходимые материалы для самодельного частотникаНеобходимые материалы для самодельного частотникаИзготовить частотник своими руками практически возможно. Для этого нужно определиться с основными деталями, приобрести их, изучить схему сборки. Затем приступить к процессу изготовления.

В начале работы необходимо запастись двумя платами. На одной из плат необходимо установить микроконтроллер и индикатор. На второй — транзисторы, диодный мост, входные клеммы, блок питания и драйвер. Между собой платы необходимо соединять гибким проводом.

Питания будет производиться с помощью импульсного блока.

Для управления маломощным мотором достаточно будет установки токового шунта и подключённого к нему усилителя DA-1. Сечение жил токового шунта составляет полмиллиметра. Для двигателей с более высокой мощностью установки токового шунта недостаточно и поэтому необходимо устанавливать трансформатор.

При мощности двигателей более 0,4 КВт необходима установка термодатчиков.

Микросхема IL300 с линейной развязкой позволяет контролировать параметры электродвигателя.

Оптроны типа ОС2–4 необходимы для дубляжа управляющих кнопок.

В результате эксплуатации вследствие большой протяжённости проводов могут возникать помехи. Устранить их можно с помощью специальных колец для удаления помех.

Подключение и настройка

При подключении асинхронного преобразователя частоты в сеть однофазного тока клеммы двигателя необходимо соединить в «треугольник». Эта схема соединения подразумевает присоединение конца и начала соседних обмоток. Напряжение питания при этом будет 220 В. Выходной ток необходимо удерживать в пределах не более половины его номинального значения.

Если частотник подключается к трехфазной сети, то клеммы двигателя соединяются в «звезду». При этой схеме соединения концы трёх фаз обмоток соединяются в одну точку. Напряжение от сети принимает значение 380В.

Очерёдность подключения общей электрической цепи будет следующей:

  1. дифференциальный автоматический выключатель, ток которого совпадает с номинальным током двигателя;
  2. преобразователь частоты;
  3. электродвигатель.

При работе с трехфазной сетью автоматический выключатель должен быть снабжён общим рычагом по всем трём фазам. В таком случае перегрузка одной из фаз будет устранена выключением всего питания. Допустимый ток срабатывания должен быть рассчитан на основе значения тока двигателя в одной фазе.

Подключение и настройка частотникаПодключение и настройка частотникаПри установке преобразователя в однофазную сеть допустимый ток автоматического выключателя должен превышать в три раза значение фазного тока.

Подключается преобразователь к электромотору с помощью магнитного пускателя. Выбирается магнитный пускатель по напряжению сети и номинальному току.

Перед монтажом пульта управления его рычаг должен быть в положении «Выключено». При включении рычага обязательным условием есть появление сигнала на световом индикаторе. Клавишей RUN производится запуск частотника. А рукоятка пульта управления контролирует изменение числа оборотов ротора двигателя.

Следует с особым вниманием изучить значение частоты на частотнике, так как на одних моделях указывается частота вращения ротора электродвигателя, а на других приведена частота тока преобразователя.

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя начинается с внимательного изучения инструкции, так как в ней указана последовательность этих операций.

Для того чтобы настроить частотный преобразователь для электродвигателя, необходимо произвести правильный выбор типа проводов и верный размер их сечения.

Перед настройкой частотника необходимо правильно обнаружить и подключить входные и выходные клеммы. Входные клеммы маркируются буквой L с указанием нумерации фазы. Выходные клеммы обозначены латинскими буквами — U, V, W.

Так как параметров у преобразователя заводского исполнения довольно-таки много, частично его настройка производится на заводе. Остальные параметры настраиваются вручную. Основные этапы настройки частотного преобразователя:

  • подача питания на частотный преобразователь;
  • выбор определённого режима работы;
  • установка значений рабочих характеристик оборудования.

Эксплуатация частотника

Правильный порядок эксплуатации преобразователя частоты заключается в выполнении основных операций:

  • Систематическая очистка частотного привода для электродвигателя от пыли и грязи.
  • Регулярно менять детали, срок годности которых истекает.
  • Постоянный контроль напряжения и температуры.
  • Работа устройства должна проходить при заданных условиях: не превышать допустимый уровень пыли, влажности, температуры окружающей среды.

Нежелательным является попадание прямых солнечных лучей на частотник, отсутствие достаточной вентиляции. Материалы и жидкости, которые достаточно легко воспламеняются, не должны находиться рядом с ним. В помещении регулярно должна проводиться обработка против грызунов. Место установки частотного привода для электродвигателя не должно иметь шероховатостей, позволять вибрации.

Эксплуатация частотникаЭксплуатация частотника

Частотники для двигателя мощностью около 3 КВт являются наиболее распространёнными ввиду компактности, относительно невысокой цены, простоты установки и обслуживания

Собирать вручную частотники для двигателей мощностью 3 КВт и больше нет смысла — они будут довольно дорогими по цене и не всегда обеспечивать необходимую точность в работе.

Для двигателей мощностью 3 КВт преобразователи частоты находят применение:

  • в системах вентиляции для контроля скорости вращения вентилятора;
  • для одновременности работы принимающего и подающего конвейеров;
  • для подачи сырья с контролем его объёма;
  • для управления несколькими насосами;
  • для контроля работы погружным насосом;
  • для регулировки скорости подачи сырья в дробилках.

Частотники для двигателей большей мощности отличаются величиной максимальной выходной частоты, наличием фильтра электромагнитной совместимости (ЕМС), видом режима управления.

Например, у частотного привода для электродвигателя мощностью 15 КВт максимальная выходная частота меньше, нежели у преобразователя для двигателя мощностью 3 КВт. ЕМС фильтр для такого двигателя не предусмотрен. Режим управления только скалярный.

Определение размеров двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины

Правильный размер двигателей и преобразователей

Производители электродвигателей и преобразователей частоты разработали различные методы для быстрого выбора размеров двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины. Та же самая основная процедура используется большинством прикладных инженеров.

Sizing the motor and frequency converter for a particular machine load Определение размеров двигателя и преобразователя частоты для конкретной нагрузки машины (фото предоставлено: focusondrives.ком)

В наши дни выбор приложений обычно осуществляется на основе программного обеспечения для ПК. Однако инженерам важно четко понимать процедуру выбора.

Одна из лучших процедур использует простую номограмму на основе кривых предела нагрузки для базового выбора размера двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы убедиться, что выбрана оптимальная комбинация двигателя и преобразователя.


4 принципа отбора

Рекомендуются пять следующих принципов отбора:


Принцип выбора 1 //

Сначала необходимо выбрать тип и размер двигателя. Число полюсов (базовая скорость) должно быть выбрано таким образом, чтобы двигатель работал как можно быстрее на скорости, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.

Это желательно, потому что:

  • Тепловая мощность двигателя улучшается на при f ≥ 50 Гц благодаря более эффективному охлаждению на более высоких скоростях.
  • Коммутационные потери преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
  • Для нагрузки постоянного крутящего момента больший диапазон скорости получается, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля на максимальной скорости.Это означает, что наиболее эффективно используется способность крутящего момента / скорости привода с регулируемой скоростью. Typical torque and power curves in a constant power/torque application Typical torque and power curves in a constant power/torque application Типичные кривые крутящего момента и мощности при применении постоянной мощности / крутящего момента


    Это может означать экономию в виде меньшего двигателя и преобразователя .

  • Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут генерировать выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением очень специальных (и необычных) применений.Конструкция стандартных двигателей с сепаратором и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.

    Максимальная скорость, на которой может работать стандартный короткозамкнутый двигатель, всегда должна проверяться производителем, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / м) двигателей мощностью более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также существенно увеличивается при увеличении скорости двигателя.

  • Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателем , показано на рисунке 1.Это иллюстрирует более высокий крутящий момент 6-полюсной машины.
Comparison of the thermal capacity limit curves for two 90 kW TEFC squirrel cage motors Comparison of the thermal capacity limit curves for two 90 kW TEFC squirrel cage motors Рисунок 1 - Сравнение предельных кривых теплоемкости для двух короткозамкнутых электродвигателей TEFC мощностью 90 кВт
  1. 90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)
  2. 90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)

Принцип выбора 2 //

Выбор двигателя увеличенного размера просто для «безопасной» безопасности обычно не рекомендуется , поскольку это означает, что преобразователь частоты слишком большого размера также должен быть выбран.Преобразователи частоты, особенно типа ШИМ, рассчитаны на самое высокое значение пикового тока, которое является суммой основных и гармонических токов в двигателе.

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Во избежание того, что этот пиковый ток превысит проектный предел, никогда не следует использовать преобразователь с двигателем, размер которого больше указанного для него . Даже когда двигатель большего размера слегка нагружен, его пики гармонического тока высоки.


Принцип выбора 3 //

После того, как двигатель был выбран, достаточно просто выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя .Они обычно оцениваются в единицах тока (не кВт) в зависимости от конкретного напряжения. Это следует использовать только в качестве ориентира, поскольку преобразователи всегда следует выбирать исходя из максимального продолжительного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основано на стандартных значениях мощности двигателя IEC (кВт), у двигателей разных производителей значения тока немного отличаются.

Danfoss frequency converters Danfoss frequency converters Преобразователи частоты Danfoss (фото любезно предоставлено: schulz.st)
Принцип выбора 4 //

Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен быть подключен привод с регулируемой скоростью.

В большинстве стран, использующих стандарты МЭК, стандартное напряжение питания составляет 380 В ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где размер привода очень велик, часто экономно использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения: 500 В и 660 В .

В последние годы преобразователи переменного тока производятся для использования при напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты предназначены для выработки того же выходного напряжения, что и напряжение питания, поэтому для двигателя и преобразователя должно быть указано одинаковое базовое напряжение.

Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко указана , поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

. ,
Выбор подходящего преобразователя частоты и двигателя для 3 применений

Рекомендации по выбору двигателя

Двигатель выбирается в соответствии с основной информацией о процессе. Диапазон скоростей, кривые крутящего момента, метод вентиляции и нагрузка двигателя дают рекомендации по выбору двигателя. Часто стоит сравнивать разные двигатели, потому что выбранный двигатель влияет на размер преобразователя частоты.

Selecting the suitable frequency converter and motor for these 3 applications Выбор подходящего преобразователя частоты и двигателя для этих 3 применений (фото предоставлено Pogoni ETF)

При выборе подходящего преобразователя частоты следует учитывать несколько моментов.

Параметры для рассмотрения

Производители преобразователей частоты обычно имеют определенные таблиц выбора , где указаны типичные значения мощности двигателя для каждого размера преобразователя.

Расчетный ток также может быть рассчитан, когда известны характеристики крутящего момента. Соответствующие значения тока можно рассчитать по профилю крутящего момента и сравнить с пределами тока преобразователя. Номинальный ток двигателя дает некоторую индикацию.

Однако это не всегда наилучший из возможных критериев определения размеров , поскольку, например, двигатели могут быть снижены до (температура окружающей среды, опасная зона и т. Д.).).

Доступное напряжение питания необходимо проверить перед выбором преобразователя частоты. Изменения напряжения питания влияют на доступную мощность на валу двигателя. Если напряжение питания ниже номинального, точка ослабления поля смещается на более низкую частоту и доступный максимальный крутящий момент двигателя уменьшается в диапазоне ослабления поля.

Максимальный доступный крутящий момент часто ограничивается преобразователем частоты. Это необходимо учитывать уже на этапе выбора двигателя .Преобразователь частоты может ограничить крутящий момент двигателя раньше, чем указано в техническом описании производителя двигателя.

Максимальный доступный крутящий момент также зависит от трансформаторов, реакторов, кабелей и т. Д. в системе, поскольку они вызывают падение напряжения и, следовательно, максимально доступный крутящий момент может падать. Потери мощности в системе должны компенсироваться также номинальным преобразователем частоты.


3 приложения для преобразователя частоты и двигателя

  1. Применение насоса и вентилятора
  2. Приложение постоянного крутящего момента
  3. Постоянная мощность приложения

1.Применение насоса и вентилятора

Некоторые этапы определения размеров насоса и вентилятора:

  1. Проверьте диапазон скорости и рассчитайте мощность с максимальной скоростью.
  2. Проверьте начальный момент затяжки.
  3. Выберите номер полюса двигателя. Наиболее экономичная рабочая частота часто находится в диапазоне ослабления поля.
  4. Выберите мощность двигателя, чтобы мощность была доступна на максимальной скорости. Помните о термической нагрузке.
  5. Выберите преобразователь частоты.Используйте рейтинг насоса и вентилятора. Если номинальные характеристики насоса и вентилятора недоступны, выберите преобразователь частоты в соответствии с профилем тока двигателя.

Пример //

Насос имеет нагрузку 150 кВт при скорости 2000 об / мин . Нет необходимости в пусковом моменте.

Раствор //

Необходимый крутящий момент при 2000 об / мин составляет T = 9550 × 150/2000 Нм = 716 Нм . Кажется, что 2-полюсные или 4-полюсные двигатели являются альтернативными вариантами для этого применения.

Motor loadability curves in a pump and fan application. Comparison of 1) 2-pole and 2) 4-pole motors. Motor loadability curves in a pump and fan application. Comparison of 1) 2-pole and 2) 4-pole motors. Рисунок 1 - Кривые нагрузки двигателя при применении насоса и вентилятора. Сравнение 1) 2-полюсных и 2) 4-полюсных двигателей.
1) Мотор р = 2

Для 2-полюсного двигателя нагрузка при 2000 об / мин в соответствии с кривой грузоподъемности составляет около 95 процентов . Номинальный крутящий момент двигателя должен быть не менее:

T n ≥ 716 / 0,95 Нм = 754 Нм

Соответствующая номинальная мощность должна быть не менее:

P n ≥ 754 × 3000/9550 кВт = 237 кВт

A 250 кВт (400 В, 431 A, 50 Гц, 2975 об / мин и 0.87) мотор выбран. Номинальный крутящий момент двигателя составляет:
T n = 250 × 9550/2975 Нм = 803 кВт

Ток двигателя при 2000 об / мин, скорость (постоянный диапазон потока) составляет приблизительно:
i м = (T нагрузка / T n ) × I n = (716 / 803) × 431 = 384 A

Минимальный длительный ток для преобразователя частоты составляет 384 А.


2) Мотор р = 4

Для 4-полюсного двигателя нагрузка при 2000 об / мин составляет 75 процентов . Минимальный номинальный крутящий момент двигателя составляет:

T n ≥ 716 / 0,75 Нм = 955 Нм

Минимальная мощность для 4-полюсного двигателя: P n ≥ 955 × 1500/9550 кВт = 150 кВт

Двигатель мощностью 160 кВт (400 В, 305 А, 50 Гц, 1480 об / мин и 0,81) соответствует условиям.Примерный ток при скорости 2000 об / мин (66,7 Гц) составляет:

i м = (T нагрузка / Tn) × (н / н n ) × I n = (P нагрузка / P n ) × I n = 150/160 × 305 A = 286 A

Точный ток следует рассчитывать, если номинальный ток выбранного преобразователя частоты близок к приблизительному току двигателя. Для 4-полюсного двигателя требуется меньший ток в рабочей точке насоса.Таким образом, это, вероятно, более экономичный выбор, чем 2-полюсный двигатель.

Вернуться к содержанию ↑


2. Приложение постоянного крутящего момента

Некоторые этапы определения параметров приложения постоянного крутящего момента:

  1. Проверьте диапазон скоростей.
  2. Проверьте необходимый постоянный крутящий момент.
  3. Проверьте возможные ускорения. Если необходимы ускорения, проверьте моменты инерции.
  4. Проверьте возможный начальный требуемый крутящий момент.
  5. Выберите двигатель так, чтобы крутящий момент был ниже кривой тепловой нагрузки (раздельная / самовентиляция?). Обычно номинальная скорость двигателя находится в середине используемого диапазона скоростей.
  6. Выберите подходящий преобразователь частоты в соответствии с расчетным током.

Пример //

Экструдер имеет диапазон скоростей , 300-1200 об / мин, . Нагрузка при 1200 об / мин составляет 48 кВт . Начальный крутящий момент составляет 200 Нм .Время разгона с нулевой скорости до об / мин 1200 составляет 10 секунд .

Двигатель самовентилируется, а номинальное напряжение составляет 400 В .

Раствор //

Требуемое значение постоянного крутящего момента: Подходящим двигателем является 4-полюсный или 6-полюсный двигатель .

T = 9550 × 48/1200 Нм = 382 Нм

Motor loadability curves in a constant torque application. comparison of 1) 4-pole and 2) 6-pole motors. Motor loadability curves in a constant torque application. comparison of 1) 4-pole and 2) 6-pole motors. Рисунок 2 - Кривые нагрузки двигателя при приложении постоянного крутящего момента.сравнение 1) 4-полюсных и 2) 6-полюсных двигателей.
1) Мотор р = 4

При скорости 300 об / мин тепловая нагрузка составляет 80 процентов . Расчетный минимальный номинальный крутящий момент составляет:

T n ≥ 382 / 0,8 Нм = 478 Нм

Минимальная номинальная мощность двигателя: P n ≥ 478 × 1500/9550 кВт = 75 кВт

Подходящим двигателем является, например, 75 кВт (400 В, 146 А, 50 Гц, 1473 об / мин и 0.82) Мотор . Номинальный крутящий момент двигателя:
T n = 75 × 9550/1473 Нм = 486 кВт

Ток двигателя приблизительно (T / Tn ≈ 0,8):
i м = (нагрузка T / T n ) × I n = (382/486) × 146 = 115 A

В соответствии с рассчитанным током двигателя можно выбрать подходящий преобразователь частоты для использования постоянного крутящего момента.Начальный крутящий момент (200 Нм) не является проблемой для этого двигателя. Если момент инерции двигателя составляет 0,72 кгм 2 , динамический момент ускорения составляет:

Т дин = (2π / 60) × (1200/10) × 0,72 Нм = 9 Нм

Таким образом, общий крутящий момент при ускорении составляет 391 Нм, что меньше номинального крутящего момента двигателя .


2) Мотор р = 6

При скоростях 300 об / мин и 1200 об / мин нагрузка двигателя составляет 84 процента .Таким образом, минимальный номинальный крутящий момент 6-полюсного двигателя составляет:

T n ≥ 382 / 0,84 Нм = 455 Нм

Минимальное значение номинальной мощности двигателя:

P n ≥ 455 × 1000/9550 кВт = 48 кВт

Подходящим двигателем может быть, например, двигатель
55 кВт (400 В, 110 А, 50 Гц, 984 об / мин и 0,82). Номинальный крутящий момент двигателя:
T n = 55 × 9550/984 Нм = 534 кВт

Ток определения параметров может быть аппроксимирован на скорости 1200 об / мин:
i м = (T нагрузка / T n ) × (n / n n ) × I n = (P нагрузка / P n ) × I n = (48/55) × 110 A = 96 A

Номинальный (непрерывный) ток преобразователя частоты должен быть через 96 A .Начальный крутящий момент меньше номинального крутящего момента двигателя. Если инерция двигателя составляет 1,2 кгм 2 , то динамический момент ускорения составляет:

Т дин = (2π / 60) × (1200/10) × 1,2 Нм = 15 Нм

Общий крутящий момент, необходимый во время ускорения, составляет 397 Нм , что меньше номинального крутящего момента двигателя. Ток 6-полюсного двигателя на 19 A на меньше, чем у 4-полюсного двигателя. Окончательный выбор преобразователя частоты / двигателя зависит от размеров и цены корпуса двигателя и преобразователя частоты.

Вернуться к содержанию ↑


3. Приложение постоянной мощности

Некоторые этапы расчета постоянной мощности:

  1. Проверьте диапазон скоростей.
  2. Рассчитайте необходимую мощность. Намотки - это типичные приложения постоянной мощности.
  3. Определите размеры двигателя таким образом, чтобы использовался диапазон ослабления поля.

Пример //

Устройство волочения проволоки управляется преобразователем частоты.Поверхностная скорость барабана составляет 12 м / с , а натяжение составляет 5700 Н . Диаметры барабана составляют 630 мм (пустой барабан) и 1250 (полный барабан) . Существует шестерня с передаточным отношением n 2 : n 1 = 1: 7.12 , а КПД шестерни составляет 0,98 .

Выберите подходящий двигатель и преобразователь для этого применения.

Раствор //

Основная идея моталки заключается в том, чтобы поддерживать постоянную скорость поверхности и натяжение при изменении диаметра.

Basic diagram of a winder Basic diagram of a winder Рисунок 3 - Принципиальная схема моталки

В прямолинейном движении мощность: P = Fv
Во вращательном движении мощность: P = Tω

Соотношение между поверхностной скоростью и угловой скоростью:

  • В [м / с] = ( ω × r = 2π × n [об / мин] × r) / 60
  • n [об / мин] = 60 × v / 2π × r

Крутящий момент - это произведение силы и радиуса: T = Fr

С помощью приведенных выше формул можно выбрать двигатель:

  • P = 5700 Н × 12 м / с = 68.4 кВт
  • Т 1 = 5700 Н × 0,63 / 2 м = 1796 Нм
  • n 1 = 12 × 60 / π × 0,63 об / мин = 363,8 об / мин
  • Т 2 = 5700 Н × 1,25 / 2 м = 3563 Нм
  • n 2 = 12 × 60 / π × 1,25 об / мин = 183,3 об / мин

Перед выбором двигателя необходимо учитывать передачу. Скорости, крутящие моменты и мощность должны быть уменьшены:

  • P = P / η , редуктор = 68.4 / 0,98 кВт = 69,8 кВт
  • Т 1 = (1796 / 0,98) × (1 / 7,12) Нм = 275 Нм
  • n 1 = 363,8 × 7,12 об / мин = 2590 об / мин
  • Т 2 = (3563 / 0,98) × (1 / 7,12) Нм = 1305 Нм

2) Мотор р = 2

Если выбран 2-полюсный двигатель, нагрузочная способность при скорости 1305 об / мин составляет около , 88 процентов и 97 процентов при 2590 об / мин .Минимальная номинальная мощность двигателя:

P n ≥ (511 × 3000) / (0,88 × 9550) кВт = 182 кВт

Двигатель 200 кВт (400 В, 353 А, 50 Гц, 2975 об / мин и 0,86) выбран. Номинальный крутящий момент двигателя:
T n = 200 × 9550/2975 Нм = 642 Нм

Расчетный ток рассчитывается в соответствии с крутящим моментом 511 Нм :
i м = (T нагрузка / T n ) × I n = (511/642) × 353 A = 281 A


2) Мотор р = 4

Если выбран 4-полюсный двигатель, из кривой нагрузочной способности видно, что нагрузочная способность при скорости 1305 об / мин составляет около 98 процентов и около 60 процентов при 2590 об / мин .Минимальная номинальная мощность двигателя:

P n ≥ (511 × 1500) / (0,98 × 955) кВт = 82 кВт

90 кВт (400 В, 172 А, 50 Гц, 1473 об / мин и 0,83) выбрано . Номинальный крутящий момент двигателя:
T n = 90 × 9550/1473 Нм = 584 кВт

В этом случае измерение производится в соответствии с током двигателя при 1305 об / мин . Ток двигателя:
i м = (T / T n ) × I n = (511/584) × 172 A = 151 A

В случае 2-полюсного двигателя диапазон ослабления поля (постоянной мощности) не использовался, что приводило к ненужному превышению размеров. 4-полюсный двигатель - лучший выбор для этого применения.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Определение размеров системы привода по ABB

,
фактов, которые стоит знать о преобразователях частоты

Danfoss guide

фактов, которые следует знать о преобразователях частоты, дает простое введение в работу и сборку преобразователя частоты и подключенных к нему двигателей переменного тока.

Facts Worth Knowing About Frequency Converters фактов, которые стоит знать о преобразователях частоты (на фото: Danfoss VSD)

Основные элементы описаны в четырех основных разделах:

  • AC Motors
  • Преобразователи частоты
  • Преобразователи частоты и двигатели
  • Защита и безопасность при использовании частотных преобразователей

ГЛАВА 0: Введение

  • Преимущества бесступенчатого регулирования скорости
  • Контроль или регулирование?

ГЛАВА 1: 3-фазные двигатели переменного тока

  • Асинхронные двигатели
  • Статор
  • Магнитное поле
  • Ротор
  • Скольжение, крутящий момент и скорость
  • КПД и потери
  • Магнитное поле
  • Эквивалентная принципиальная схема
  • Изменение скорости
  • Изменение количества полюсов
  • Контроль скольжения
  • Регулировка частоты
  • Данные двигателя
  • Типы грузов
  • Синхронные двигатели
  • Реле сопротивления двигателей

См. Другие главы

ГЛАВА 2: Преобразователи частоты

  • Выпрямитель
  • Неуправляемые выпрямители
  • Управляемые выпрямители
  • Промежуточный контур
  • Инвертор
  • Транзисторы
  • Амплитудно-импульсная модуляция (РАМ)
  • Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
  • Шин-контролируемый ШИМ
  • Синхронный ШИМ
  • Асинхронный ШИМ
  • Схема управления
  • Принцип управления Danfoss
  • Принцип управления ВВЦ
  • Принцип управления VVCplus
  • Полевое (векторное) управление
  • V / f характеристика и вектор управления потоком
  • VVCplus компенсация скольжения
  • Автоматическая адаптация двигателя (AMA)
  • Автоматическая оптимизация энергии (AEO)
  • Работает на пределе тока
  • Защитные функции
  • Микрочип в целом
  • Компьютеры для преобразователей частоты
  • Связь
  • Последовательная связь
  • Независимая от производителя связь

ГЛАВА 3: Преобразователи частоты и двигатели

  • Условия эксплуатации мотора
  • компенсации
  • Параметры компенсации в зависимости от нагрузки и нагрузки
  • Компенсация скольжения
  • Крутящий момент двигателя
  • Предел тока
  • Требования к современным цифровым преобразователям частоты
  • Определение размеров преобразователя частоты
  • Нагрузочные характеристики
  • Распределение тока в преобразователе частоты (cos j двигателя)
  • Динамическое торможение
  • Реверс
  • рампы
  • Мониторинг
  • Нагрузка двигателя и обогрев двигателя
  • Эффективность

ГЛАВА 4: Защита и безопасность

  • Дополнительная защита
  • Сброс на ноль (система TN)
  • Заземление (система TT)
  • Защитное реле
  • Электромагнитная совместимость
  • Базовый стандарт
  • Общий стандарт
  • Стандарт продукта
  • Разгон интерференции
  • Муфта
  • Проводной разгон
  • Помехи от сети питания
  • Переходные процессы / перенапряжение
  • Радиочастотные помехи
  • экранированные / бронированные кабели
  • Единицы компенсации коэффициента мощности
  • Выбор преобразователя частоты для частотно-регулируемых приводов
ПРИЛОЖЕНИЕ I: ОБЩАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
  • Прямолинейное движение
  • Вращательное движение
  • Работа и власть
ПРИЛОЖЕНИЕ II: ОБЩАЯ ТЕОРИЯ АК
  • Коэффициент мощности
  • 3-фазный переменный ток
  • Звездное или треугольное соединение

Контроль или регулирование?

Многие люди используют термины , регулирующие и регулирующие взаимозаменяемо.Тем не менее, они имеют точные определения - в основном в результате разработок в области автоматизации.

Термины «контроль» и «регулирование» зависят от типа завода . При «регулировании скорости» на двигатель подается сигнал, который, как ожидается, даст необходимую скорость. При регулировании скорости сигнал обратной связи подается от процесса.

Если скорость не соответствует требованиям, сигнал к двигателю регулируется автоматически до тех пор, пока скорость двигателя не станет такой, какой должна быть.

Danfoss – Facts Worth Knowing About Frequency Converters Danfoss - факты, которые стоит знать о преобразователях частоты

Связанные материалы EEP со спонсорскими ссылками

,
Сравнение плавного пуска и запуска преобразователя частоты

Мягкий запуск

Устройство плавного пуска - это, как и следовало ожидать, устройство, обеспечивающее плавный пуск двигателя . Плавный пускатель имеет характеристики, отличные от других методов пуска. Он имеет тиристоров в главной цепи, а напряжение двигателя регулируется печатной платой.

Comparison of Soft Starting and Frequency Converter Motor Starting Сравнение плавного пуска и запуска двигателя преобразователя частоты (на фото: частотно-регулируемые приводы, установленные на двигателях вентиляторов и насосов; кредит: crockett-Facilities.ком)

Устройство плавного пуска использует тот факт, что , когда напряжение двигателя низкое во время запуска, пусковой ток и пусковой момент также низки .

Motor soft starter Motor soft starter Мотор плавного пуска
Преимущества

Устройства плавного пуска основаны на полупроводниках . Посредством силовой цепи и цепи управления эти полупроводники уменьшают начальное напряжение двигателя.

Это приводит к уменьшению крутящего момента двигателя до .

Во время процесса запуска устройство плавного пуска постепенно увеличивает напряжение двигателя, что позволяет двигателю разогнать нагрузку до номинальной скорости , не вызывая высокого крутящего момента или пиков тока .

Soft-starting curve - Synchronous speed - Full load torque (left) and Full load current (right) Soft-starting curve - Synchronous speed - Full load torque (left) and Full load current (right) Кривая плавного пуска - Синхронная скорость - Момент полной нагрузки (слева) и ток полной нагрузки (справа) Устройства плавного пуска

также можно использовать для контроля остановки процессов. Устройства плавного пуска дешевле, чем преобразователи частоты.

Еще одной особенностью устройства плавного пуска является функция плавного останова , которая очень полезна при остановке насосов, когда проблема заключается в гидравлическом ударе в трубопроводной системе при прямом останове, как при пускателе со звездообразным треугольником и при прямом пуске.


Недостатки

Однако они имеют ту же проблему, что и преобразователи частоты: они могут вводить гармонических токов в систему, что может нарушить другие процессы. (Подробнее об этом)

Voltage ramp for soft starter. Run-up time is around 1 sec. Voltage ramp for soft starter. Run-up time is around 1 sec. Рампа напряжения для устройства плавного пуска. Время запуска около 1 сек.

Метод запуска также подает пониженное напряжение на двигатель во время запуска.

Устройство плавного пуска запускает двигатель при пониженном напряжении , а затем напряжение возрастает до его полного значения .Напряжение снижается в устройстве плавного пуска через фазовый угол. В связи с этим методом запуска импульсы тока не будут возникать. Время запуска и ток заблокированного ротора (пусковой ток) могут быть установлены.


Электродвигатель Soft Start 60HP (ВИДЕО)

часть 1


часть 2


Преобразователь частоты пусковой

Преобразователи частоты

предназначены для непрерывной подачи двигателей , но их также можно использовать только для запуска .

Преобразователь частоты иногда также называют VSD (частотно-регулируемый привод) , VFD (частотно-регулируемый привод) или просто накопителей , что, вероятно, является наиболее распространенным названием.

Привод состоит в основном из двух частей: одна преобразует переменный ток (50 или 60 Гц) в постоянный ток, а вторая часть преобразует постоянный ток в переменный ток, но теперь с переменной частотой 0-250 Гц. Поскольку скорость двигателя зависит от частоты, это позволяет управлять скоростью двигателя, изменяя выходную частоту от привода, и это является большим преимуществом, если существует необходимость в регулировании скорости во время непрерывной работы.

Как указано выше, во многих случаях привод все еще используется только для запуска и остановки двигателя, несмотря на то, что нет необходимости в регулировании скорости во время нормальной работы. Конечно, это создаст потребность в более дорогом стартовом оборудовании, чем это необходимо.

Управляя частотой, номинальный крутящий момент двигателя доступен на низкой скорости, а пусковой ток низкий, составляет от 0,5 до 1,0 от номинального тока двигателя, максимум 1,5 x В .

Другая доступная функция - плавный останов , который очень полезен, например, при остановке насосов, где проблема заключается в гидравлическом ударе в трубопроводах при прямом останове. Функция плавного торможения также полезна, когда мешает конвейерным лентам транспортировать хрупкий материал, который может быть поврежден, если ремни останавливаются слишком быстро.

Очень часто устанавливается фильтр вместе с приводом , чтобы снизить уровни излучения и генерируемые гармоники.

Frequency converter and its line diagram Frequency converter and its line diagram Преобразователь частоты и его линейная схема
Преимущества

Преобразователь частоты позволяет использовать с низким пусковым током , поскольку двигатель может создавать номинальный крутящий момент при номинальном токе от нуля до полной скорости. Преобразователи частоты становятся все дешевле.

В результате они все чаще используются в приложениях, где ранее использовались устройства плавного пуска.

Frequency converter curve – Synchronous speed – Full load torque (left) and Full load current (right) Frequency converter curve – Synchronous speed – Full load torque (left) and Full load current (right) Кривая преобразователя частоты - Синхронная скорость - Момент полной нагрузки (слева) и ток полной нагрузки (справа)
Недостатки

Несмотря на это, преобразователи частоты по-прежнему на дороже, чем устройства плавного пуска в большинстве случаев; и как устройства плавного пуска, они также вводят гармонические токи в сеть.


Что такое диск? (ВИДЕО)


VLT приводы на большой опреснительной установке (ВИДЕО)


VLT управляет вентиляторами градирни (ВИДЕО)

Справочные материалы:

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *