Частотник двигателя: Частотные преобразователи Schneider Electric.

Содержание

Вопросы и ответы

Подключение датчика АДМ-100 для ER-T:

клемму "+" АДМ соедините с клеммой "Р24" ПЧ;

клемму "-" АДМ соедините с клеммой "FI" ПЧ.

Настройки для ER-T:

b.02=4 //Способ задания частоты - ПИД-регулятор

b.04=60.0 //Время разгона

b.05=60.0 //Время торможения

С.01=1 //уставка ПИД по параметру С.05

С.02=1 //ОС ПИД по входу FI

С.04=16.0 //предел измерения датчика АДМ-100-1,6 в кгс/см2

С.05=14.0 //уставка в кгс/см2

С.09 и С.10 подлежат корректировке при ПНР для обеспечения качества регулирования давления

Перед настройкой ПИД-регулятора рекомендуется выполнить пуск в ручном режиме. При открытом расходе насоса проверьте его работу, вручную задавая частоту от 15 до 50 Гц с панели ПЧ. Если насос не выходит на макс. частоту 50Гц, выберите тип модуляции b.10=OPt, выберите d.01 равным ном. току ПЧ и увеличьте номинальное напряжение d.02 до 400...420В.

Подключение датчика АДМ-100 для E-9:

клемму "+" АДМ соедините с клеммой "Р24" ПЧ;

клемму "-" АДМ соедините с клеммой "IFA" ПЧ;

установите перемычку между клеммами "GND" и "COM" ПЧ.

Настройки для E-9:

F194=3, F193=1, F003=0, F004=2, F110=0, F111=4, F113=2

F114=пределу измерения АДМ-100 (для АДМ-100.3-1,6 установите F114=16,0 кгс/см2 )

F116=70,0 (к-т пропорциональности, требует подстройки для улучшения качества регулирования)

F117=8,0 (время интегрирования, требует подстройки для улучшения качества регулирования)

F119=0, F120=100

Задание давления производится потенциометром на панели управления ПЧ. Кнопками SET и ESC переключаются отображаемые параметры на верхнем и нижнем табло панели соответственно. При мигающем индикаторе MPa отображается заданное давление, при горящем постоянно индикаторе MPa отображается давление, полученное от датчика.

При длине кабеля более 30 м, например, в случае с погружным насосом, на выходе ПЧ необходимо установить моторный дроссель серии EA-OC с номинальным током соответственно току двигателя.

Что такое преобразователь частоты | Danfoss

Преобразователь частоты (ПЧ) — это тип контроллера двигателя, который приводит электродвигатель в движение, изменяя частоту и величину подаваемого на него напряжения. Преобразователи частоты (ПЧ) также могут управлять плавным разгоном и замедлением электродвигателей при запуске и останове соответственно.

Хотя преобразователь частоты управляет частотой и величиной напряжения, подаваемого на электродвигатель, его функцию часто называют «регулированием скорости», поскольку в результате происходит изменение скорости вращения двигателя.

Есть целый ряд причин, по которым может быть необходимо изменять скорость вращения двигателя. 
Например, это позволяет:

  • экономить энергию и повысить эффективность работы системы
  • преобразовывать мощность в решениях гибридизации
  • устанавливать для преобразователя скорость работы, соответствующую требованиям технологического процесса
  • согласовать крутящий момент двигателя с требованиями технологического процесса
    улучшить условия труда
    понизить уровень шума, например от работы вентиляторов и насосов
  • снизить механические нагрузки на устройства, чтобы продлить срок их службы
    срезать пики энергопотребления, чтобы избежать оплаты по пиковой цене и получить возможность использовать двигатели меньших размеров

Кроме того, в современных преобразователях частоты интегрированы функции диагностики и сетевого взаимодействия, что позволяет более эффективно управлять рабочими характеристиками и повысить продуктивность оборудования. Итак, экономия энергии, интеллектуальное управление электродвигателем и уменьшение пиковых значений тока — это три весомые причины, чтобы выбрать ПЧ в качестве контроллера для любой системы управления электродвигателем.

Наиболее распространенный вариант использования преобразователей частоты— это управление вентиляторами, насосами и компрессорами: для этого применяется более 75 % всех установленных в мире преобразователей частоты.

Также существуют более простые типы контроллеров двигателей, такие как устройства плавного пуска и безреостатные контакторы. Устройство плавного пуска — это полупроводниковый прибор, который обеспечивает плавную раскрутку до полной скорости при запуске электродвигателя.

Безреостатный контактор — это тип контроллера двигателя, который подает на электродвигатель полное линейное напряжение.

Частотный преобразователь для электродвигателя - НТЦ Энерго-Ресурс

Недостатки механического регулирования оборотов ротора электродвигателя

Управление крутящим моментом двигателя посредством механических устройств не снижает пусковой ток двигателя и обладает малым диапазоном регулирования. К тому же, механические устройства – вариаторы при работе испытывают значительные механические нагрузки и подвержены износу. Это обуславливает высокую себестоимость по сравнению с преобразователями частоты, которые лучше адаптированы под частые перегрузки.

Частотные преобразователи подключаются непосредственно к двигателю, что позволяет исключить применение дополнительных механизмов. Также при необходимости преобразователь частоты может временно повысить скорость выше номинальной, в отличие от механического регулирования скорости, которое обычно ограничивает ее диапазон и сужает возможности в выборе режима функционирования электродвигателя.

Технические аспекты применения частотных преобразователей

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

Выбор мощности частотного преобразователя

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

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

Работа привода на пониженной скорости

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

Электромагнитная совместимость

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

Питание от аварийного генератора

Плавный пуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет снизить необходимую мощность генератора. Так как при таком пуске ток снижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно снизить мощность генератора. Но все равно, между генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от опасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазной сети

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

Экономия электроэнергии и денег

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

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

Синхронизация нескольких устройств

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

Защита сети от высших гармоник

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

Правильный выбор класса защиты

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

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

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

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

Задание функции регулирования

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

Функция изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте, напряжение на статоре электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const). Для вентилятора, например, другое соотношение – U/F*F = const. Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение нужно увеличить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Преимущества использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Кроме повышения КПД и энергосбережения такой электропривод позволяет получить новые качества управления. Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих потери и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д. Торможение, например, может быть осуществлено за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре электродвигателя. Меняя только функциональную зависимость между частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Изучение документации

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

 

Популярные товары

Шины медные плетеные

Шины изолированные гибкие и твердые

Шинодержатели

Изоляторы

Индикаторы наличия напряжения

Частотный преобразователь асинхронного двигателя в промышленности

Хотя еще рано сбрасывать со счетов электропривод постоянного тока, в промышленности и бытовой сфере в практически любых технических системах используется сочетание асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Несмотря на очевидные преимущества асинхронного двигателя перед двигателем постоянного тока, его слабой стороной являлась сложность регулирования скорости вращения. В настоящее время данная проблема устранена благодаря современным частотным преобразователям.

ЧТО ТАКОЕ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОРАЗОВАТЕЛЬ

Говоря простым языком - частотный преобразователь – устройство для управления асинхронным двигателем. Возможно регулирование скорости вращения и другими методами - установкой вариатора, редуктора, муфты, но это не позволяет менять скорость в широком диапазоне, усложнят монтаж и не является энергосберегающим решением.

ЗАЧЕМ НУЖЕН ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Частотный преобразователь в случае асинхронных электродвигателей самых различных агрегатах как промышленного, так и потребительского назначения используется для оптимизации управления двигателем, приводящей в итоге к экономии электроэнергии, увеличению срока службы устройства. Использование частотных преобразователей позволяет произвести эффективную, простую и надёжную автоматизацию процесса управления оборудованием.

Основные задачи, которые решает преобразователь частоты, кроме увеличения/уменьшения скорости вращения это:

  • Плавный пуск и плавный останов двигателя, что позволяет избежать высоких механических нагрузок на оборудование.
  • Уменьшение затрат электроэнергии, что актуально не только для больших промышленных предприятий, но при бытовом использовании в составе насосной станции на даче, например.
  • Защита от перегрузки двигателя, что продлевает срок его эксплуатации.
  • Сохранение высокого крутящего момента на низких оборотах, что очень важно при тяжелом пуске (например, в составе оборудования дробилок для щебня)

И как говорилось выше, всё, что связано с управлением скоростью вращения – изменяемое или адаптивное вращение (пример: линии конвейера, где вращение может быть задано с непостоянной скоростью). Высокая точность вращения – что важно при использовании на различных обрабатывающих станках.

УСТРОЙСТВО ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Как на заре появления транзисторных радиоприёмников в народе их стали называть просто “транзисторами”, по названию основного электронного компонента этих устройств, так и название “частотный преобразователь” нельзя считать совсем точным.

На самом деле мы рассматриваем устройство, состоящее из выпрямительного модуля, преобразующего переменный ток на входе в постоянный, и модуля преобразователя частоты, преобразующего полученный на выходе выпрямительного модуля постоянный ток в переменный заданной частоты и амплитуды, возможно ШИМ-модулированный.

Само же это устройство в целом является одним из компонентов электропривода.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В зависимости от технических деталей принципа управления, частотные преобразователи условно подразделяются на “векторные” и “скалярные”. Первые отличаются в основном более стабильным поддержанием момента вращения двигателя в широком диапазоне частот (числа оборотов).

Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также тех, для которых важно поддерживать скорость вращения. Метод довольно прост, но имеет небольшой диапазон регулирования скорости и требует установки дополнительных датчиков для реализации управления по скорости и моменту.

 

Разнообразие векторных вариантов управления впечатляет, но может быть условно разделено на две группы:

  • Управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей)
  • Управление по вектору напряжения. Основано на том, что напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой.

Все остальные методы, по большому счету, являются их дополнением, каждый производитель совершенствует по своему усмотрению расчеты и измерения таких показателей, как индуктивность, намагниченность, вектор электромагнитного поля и т.д.

 

Собственно детали методов управления являются весьма сложными, а сами методы постоянно совершенствуются. Важным моментом при выборе частотного преобразователя является знание потенциальным потребителем минимальных требований, которые налагает объект управления (вентилятор, насос, конвейер и т.д.). Это позволит с одной стороны не переплачивать за преобразователь с ненужными свойствами, а с другой – не оказаться в ситуации, когда привод, скомпонованный из частотника и асинхронного двигателя, не обеспечивает должное функционирование объекта управления.

ВИДЫ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЛЕЙ

Помимо определения способа управления, который определяется техническими требованиями оборудования и стоимостью частотного преобразователя, необходимо знать мощность и тип подключения к двигателю, то есть количество фаз на входе и выходе.

На предприятиях используется напряжение 380В, соответственно частотник подбирается 3 фазы вход 380В, 3 фазы выход 380В. https://www.technowell.ru/catalog/innovert/trekhfaznye_INNOVERT/chastotnyy-preobrazovatel-innovert-5...

Для бытового использования, где напряжение 230В, подходит преобразователь частоты с 1 фазой вход 230, 3 фазы выход 230В. Максимально допустимая мощность таких частотников 3,7 кВт. https://www.technowell.ru/catalog/innovert/odnofaznye_INNOVERT/chastotnyy-preobrazovatel-innovert-2-...

Так же большинство производителей выпускает линейки подготовленные для специального использования, например с вентиляторами: https://www.technowell.ru/catalog/innovert/seriya-dlya-ventilyatsii/chastotnyy-preobrazovatel-innove...

Или насосами: https://www.technowell.ru/catalog/innovert/seriya-dlya-nasosov/trekhfaznye-INNOVERT-IHD/chastotnyy-p... где уже выставлены определенные настройки, характерные при использовании с данным оборудованием.

Кручу-верчу, двигатель запустить хочу! / Статьи и обзоры / Элек.ру

В современном мире мы часто не замечаем и не задумываемся, какие технологии скрыты от нас, но в то же время значительно улучшают нашу жизнь. Одно из таких электронных новшеств, которое стало распространенным в последние годы, — преобразователи частоты для электрических асинхронных двигателей. В своей новой статье блогер Александр Ярошенко рассказывает, как благодаря этим устройствам многие вещи в нашей жизни стали совершеннее, надежнее, удобнее.

Стоит только перечислить те места, где сейчас применяются преобразователи частоты, чтобы понять, насколько это важное устройство:

  • Лифты
  • Эскалаторы
  • Системы вентиляции
  • Системы водоснабжения
  • Системы транспортировки объектов
  • Электромобили и разнообразные электронные «каталки»

В промышленном оборудовании без преобразователей частоты не обойтись, там они на каждом шагу. А в связи с бурным развитием электроники последние 10–15 лет цена на такие устройства упала до вполне разумного уровня, позволяя устанавливать их там, где для этого есть малейшая необходимость.

Расскажу популярно, как я понимаю, что собой представляет преобразователь частоты.

У преобразователя частоты (ПЧ) есть и другие названия, которые нужно на всякий случай знать, — инвертор и частотный преобразователь. А все мои друзья-электронщики говорят просто — «частотник». Чтобы статья была более живой и самобытной, буду использовать все эти названия, привыкайте.

Коротко о главном

Во всех перечисленных системах преобразователь частоты — это силовой электронный блок, который служит посредником между человеком (либо контроллером) и электродвигателем. При этом двигатель по-лучает от преобразователя частоты и питание, и защиту, и задание режима работы.

Если двигателем должен управлять человек, то он нажимает на кнопки или крутит ручки, подавая сиг-налы преобразователю. А он уже выдает питающее напряжение на двигатель, либо останавливает его. В случае использования контроллера, преобразователь получает сигналы согласно заложенной программе. Программа же управляется на основании информации, получаемой от датчиков и различных устройств коммутации.

Вообще, можно сказать, что в ПЧ встроен свой локальный контроллер, который программируется на конкретное применение. В некоторых старых моделях можно было менять 15–20 параметров, а сейчас нор-мой считается более сотни параметров, которые можно (если нужно) задавать.

Недавно имел дело с преобразователем частоты Lenze 9400, у которого для программирования доступны более 1000 параметров. А для его работы на валу двигателя закреплены энкодер и резольвер (если знаешь, что это такое — дай пять!), а в качестве периферии используются несколько выносных модулей ввода-вывода.

Благодаря использованию ПЧ двигателем можно крутить-вертеть во всевозможных комбинациях. Так, как и не снилось электрикам прошлого века, когда кроме реверсивного пускателя и схемы «звезда-треугольник» других способов расширенного управления асинхронным двигателем не было.

Входы-выходы

Все провода, которые подключаются к частотнику, можно разбить на две принципиально разных части — силовую и слаботочную. 

Силовая часть в основном — это три фазы на входе (380 В и 50 Гц) и три фазы на выходе. Вся фишка преобразователя частоты заключена в его названии — он преобразовывает напряжение 380 В и частоту 50 Гц в значения, нужные для желаемой работы двигателя. Напряжение на силовых выходах обычно может ме-няться от нуля до максимума (380 В), а частота — от 0 до 400 Гц.

Слаботочная часть это, прежде всего, входы для сигналов пуска/остановки и реверса двигателя. Так-же во всех современных ПЧ маст-хэв — более десятка многофункциональных входов, которые можно запрограммировать на обилие режимов и вариантов работы двигателя.

На слаботочные выходы инвертор выдает информацию, которой хочет поделиться с миром, — о скорости двигателя, о том, как он себя чувствует (не заболел ли?), о достижении нужных значений или выходе за их пределы.

Благодаря использованию ПЧ двигателем можно крутить-вертеть во всевозможных комбинациях так, как и не снилось электрикам прошлого века.

Управление

На эту тему я уже высказался чуть выше, а теперь поподробнее. 

В простейшем случае для запуска двигателя можно использовать всего один выключатель с фиксацией. Включил — двигатель закрутился, выключил — остановился. Неизбежно возникает вопрос: если так все просто, зачем тогда ставить частотник, когда можно поставить обычный контактор? В том-то вся фишка, что при этом можно управлять множеством параметров (например, скоростью), контролировать и защищать двигатель от перегрузки. А контактор — это обычный выключатель, который может лишь одно — пропустить через себя ток в нужный момент.

Случай посложнее — при необходимости можно использовать два выключателя: вперед и назад. Есть схемы с тремя кнопками без фиксации, в этом случае понадобится кнопка «Стоп».

Можно вообще не использовать внешние кнопки и провода — в большинстве преобразователей есть панель управления, на которой есть все необходимые органы управления.

Вместо кнопок можно использовать контакты реле, частотнику все равно, лишь бы только в нужное время на нужный вход через контакты поступало нужное напряжение. А реле может управляться любым устройством, вплоть до контроллера. В большинстве случаев и реле не нужно — можно использовать транзистор-ные выходы контроллера или датчика.

Теперь поговорим о скорости управления частотой вращения двигателя. Это можно делать двумя способами — дискретным и аналоговым. Дискретное управление скоростью — это управление посредством кнопок, внешних или от панели управления.
Для аналогового управления в каждом ПЧ имеется специальный вход напряжения (или тока). На этот вход подается постоянное напряжение, пропорциональное нужной скорости. Напряжение можно получать либо с потенциометра (это такая крутилка, есть, например, в настольных колонках), либо опять же с контроллера.

Вся фишка в том, что можно управлять множеством параметров, контролировать и защищать двигатель от перегрузки.

Разгон и торможение

Пожалуй, по значимости это важнейшие функции после возможности управлять скоростью двигателя. Тут все просто. Разгон позволяет плавно раскручивать механизмы без механических и электрических перегрузок. В настройках можно установить время разгона в секундах — от минимальной до максимальной выходной частоты.

Торможение — функция, обратная разгону. Тут есть небольшая тонкость. Если тормозить слишком быстро, то возникает излишек энергии, которую нужно куда-то девать. Поэтому в преобразователях используют тормозные резисторы, они преобразуют излишнюю электрическую энергию в тепловую.

Есть системы из нескольких преобразователей частоты, которые «делятся» энергией, если у них разные во времени циклы разгона-торможения.

Защита и безопасность

Преобразователь частоты настолько умен (если его правильно настроить), что он бережно следит и за своим здоровьем, и за сохранностью двигателя, за который он в ответе. Что я имею в виду? 

ПЧ настраивается на конкретный двигатель, учитывая все его параметры — от номинальной частоты и мощности до сопротивления обмоток. При работе (от разгона до полной остановки) непрерывно измеряются ток и напряжение, и на основании этих данных контроллер внутри преобразователя определяет все ли в порядке.

Например, распространенная проблема — заклинивание механизма на валу двигателя. Ток через обмотки двигателя из-за этого повышается, и двигатель отключается с сообщением «Перегрузка». В результате ПЧ спасает от поломки, перегрева, и пожара и себя, и двигатель.

Что касается безопасности, в последних моделях инверторов выполняется новое повышенное требование — имеется отдельный вход аварийной остановки, который по сигналу от контроллера безопасности полностью обесточивает двигатель. Это нужно в аварийных ситуациях, когда есть угроза здоровью людей или поломки оборудования. Как правило, система аварийной остановки приводится в действие красной кнопкой типа «грибок», которая по новым правилам должна быть на любом оборудовании, где есть движущиеся механизмы. Видели такую на эскалаторе в торговом центре?

Преобразователь частоты спасает от поломки, перегрева и пожара и себя, и двигатель.

Финальный инструктаж

Все перечисленные функции существуют не сами по себе (хотя в продвинутых частотниках есть режим автоматической настройки). Нужно запрограммировать режим запуска, времена разгона/торможения, защиты и многое другое. Ведь каким бы ни было умным это замечательное устройство, ему нужно дать понять, чего мы от него хотим. Это делается несколькими нажатиями на клавиши панели управления и занимает у знающего человека несколько минут. 

Надеюсь, что моя статья была интересна тем, кто встречается в своей жизни с электрическими двигателями. Но все же скажу вещь, которая может показаться банальной. Хотите подключить и настроить инвертор самостоятельно — изучайте документацию. И все будет вертеться по вашему велению!  

Источник: Александр Ярошенко, автор блога SamElectric.ru

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей | Частотник для электродвигателя

Декабрь 19, 2017 Эффективность функционирования электромоторов асинхронного типа во многом определяется эффективностью управления ими. Ведь от того, насколько плавно и гибко можно менять скорость вращения ротора, зависит многое: точность работы и ее продуктивность, потребление энергии, степень механического износа, общая безопасность устройства и т.д. Потому к выбору аппаратуры для контроля нужно подходить очень ответственно. И если изучить все варианты, преобразователь частоты для асинхронного двигателя сможет обеспечить лучший функционал. Что это за регулятор, какие у него преимущества и как его выбрать?

Зачем нужно преобразовывать частоту тока?

Асинхронный электродвигатель, использующий переменный ток, имеет целый ряд плюсов перед аналогом на постоянном токе – но есть минусы. Прежде всего речь о сложности плавных старта, регулировки скорости во время работы и остановки, что особенно критично для мощных и крупных двигателей. Технологий, которые призваны решить такую задачу, создано немало: от механических вариаторов до гидравлических муфт. Но они сложны, дорогие и с узким диапазоном регулировок, которые еще и меняются ступенчато. На этом фоне частотные преобразователи для асинхронных двигателей – лучшее решение. Это электронные устройства, состоящие из трех ключевых компонентов: выпрямителя промышленного тока на 50 (60) Гц, инвертора для превращения созданного прямого тока в переменный, но нужной частоты, и микропроцессора, управляющего системой. В таком случае возможно менять частоту тока плавно и в широчайшем диапазоне: от 1 до 800 Гц – а с ней и скорость вращения ротора в моторе. На практике это означает, что регулятор обладает следующими преимуществами:
  • частотное регулирование в некоторых случаях позволяет значительно экономить электроэнергию – до 50%;
  • асинхронный преобразователь частоты может иметь КПД до 98% (в частности: Danfoss), что говорит о высокой эффективности приборов;
  • повышение качества и количества производимого продукта за счет лучшего подбора режима работы двигателя;
  • уменьшение нагрузки на детали электромотора, особенно во время старта, когда пусковые токи максимальны.

Какими бывают преобразователи частоты для асинхронного двигателя?

При выборе частотного преобразователя основное – определиться с типом данного оборудования. Все эти устройства делятся на несколько групп в зависимости от следующих особенностей:

1. Частотники по способу преобразования частоты


Схема частотного преобразователя для асинхронного двигателя строится по одному из следующих принципов работы привода:
  • Непосредственная связь. При подключении обмотки электромотора к сети контроллер задействует отдельные группы тиристоров. Это относительно простая конструкция, но у нее есть частота выходного напряжения, которая не может быть выше входного, диапазон вращения двигателя узкий (до 1 к 10), и синусоида частоты получается «грязная», из-за чего в сети появляются помехи, а двигатель может перегреваться.
  • Выраженное промежуточное звено постоянного тока. В таких аппаратах напряжение выпрямляется, фильтруется и сглаживается, а затем через инвертор обращается в переменное с нужными характеристиками. Данный подход ведет к некоторой потере КПД и увеличению размера устройства, но это компенсируется плюсами: гибкостью управления и работой с большими токами. Такая техника – самая распространенная.

2. Частотники по способу регуляции

Управление асинхронным преобразователем частоты может быть двух типов:
  • Скалярное. Соотношение входного и выходного напряжения в этом случае задается уже на заводе в виде фиксированных параметров. Себестоимость решения минимальная, но и возможности регулировки небольшие – с таким оборудованием можно управлять электромоторами компрессоров, насосов, вентиляторов и т.п., но не более.
  • Векторное. В частотном преобразователе этой конструкции регуляционные каналы скорости вращения разделены. Потому устройство выходит более сложным и дорогим. Но диапазон регулировок фактически неограниченный: режим работы можно менять очень точно, как в модели VLT Micro Drive FC-51, что пригодится в станках, кранах, лифтах и т. п.

Какие характеристики преобразователей важны?

Какой бы тип устройства вы ни выбирали, стоит обратить внимание на следующие параметры:
  • Мощность. Она должна соответствовать мощности электродвигателя, но с запасом не менее 15% – это убережет технику при перегрузке. Это правило справедливо и для пикового тока: устройство должно иметь такую цифру на 10% больше указанного.
  • Входы и выходы. Используются для управления и диагностики регулятора – и чем их больше, тем лучше. При этом они нужны разные: аналоговые (для ввода сигналов обратной связи), цифровые (для ввода данных с датчиков) и дискретные (для команд и обратных сообщений).
  • Безопасность. Частотные преобразователи для асинхронных двигателей должны обеспечивать минимальный риск повреждения техники, самих себя, а также людей. Защищенный по норме IP корпус, экранированная проводка, термопаста на платах, защита от перегрузки и т.п. – мелочей тут нет.
Впрочем, лучше сэкономить время и силы – и обратиться за помощью в компанию «Югов-Проект». Ее специалисты обязательно помогут с выбором оптимального для ваших задач преобразователя частоты из каталога бренда Danfoss, который является одним из ведущих мировых производителей электрооборудования. Эти устройства надежные, функциональные и продаются у нас по выгодной цене.

Частотные преобразователи. Тормозной резистор и тормозной прерыватель


Преобразователь частоты может осуществлять остановку или торможение двигателя. Существует
несколько вариантов остановки двигателя:

  • - Остановка на выбег, аналогично отключению двигателя от сети питания. При этом время остановки не регулируется и зависит от инерции нагрузки и самого двигателя.
  • - Торможение постоянным током останавливает двигатель без контролируемого темпа замедления, при этом снимается переменное напряжение со статора двигателя и затем подаётся постоянное напряжение. Этот метод позволит сократить время остановки механизма в сравнении с остановкой на выбег, но это вариант имеет ограничения, т. к. в роторе двигателя рассеивается большое количество энергии в виде тепла.
  • - Генераторное торможение, при котором преобразователь частоты снижает выходную частоту с заданной интенсивностью, а двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя кинетическую энергию вращения в электрическую.

 

В случае, когда требуется время остановки меньше, чем время остановки приводимого двигателем механизма по инерции, двигателю требуется создать тормозной момент. Преобразователь частоты может создать тормозной момент порядка 20% от номинального момента двигателя, этого как правило достаточно для остановки неинерционных нагрузок или когда нет ограничения по времени остановки.

В случае с нагрузками, обладающими высокой  инерцией (кинетической энергией) или слишком коротким временем торможения, двигатель может перейти в генераторные режим работы, в результате которого возникает рекуперация энергии нагрузки. Рекуперация энергии приводит к перенапряжению в звене постоянного тока преобразователя частоты.

Для предотвращения перенапряжений в звене постоянного тока преобразователя частоты и рассеивания энергии рекуперации необходимо использовать  тормозные резисторы, которые рассеивают избыточную электрическую энергию в виде тепла.


Для коммутации тормозного резистора к звену постоянного тока преобразователя частоты применяют тормозной прерыватель (тормозной модуль), он включается, когда уровень напряжения в звене постоянного тока ПЧ превысит заданный уровень. Как правило, преобразователи частоты небольшой мощности имеют встроенный тормозной прерыватель, в этом случае тормозной резистор подключается напрямую к преобразователю частоты (см. Рис.1)

Рис.1 Подключение тормозного резистора к преобразователю частоты с встроенным тормозным прерывателем Для подключения тормозного резистора к преобразователям частоты большой мощности, потребуется внешний тормозной прерыватель. Тормозной прерыватель подключается к преобразователю частоты на клеммы звена постоянного тока, а тормозной резистор непосредственно к тормозному прерывателю (см. Рис.2).

 


Рис.2 Подключение внешнего тормозного прерывателя и тормозного резистора к преобразователю частоты.


Параметры тормозного резистора (сопротивление и мощность) зависят от максимальной энергии выделяемой приводом в момент торможения, а так же от допустимого тока тормозного прерывателя.

Мощность двигателя и крутящий момент в сравнении с частотой частотно-регулируемого привода

Мой январь 2013 г. Pumps & Systems В колонке основное внимание уделялось снижению мощности двигателя (л.с.) по мере уменьшения частоты с помощью частотно-регулируемого привода (VFD). У меня было несколько просьб вернуться к этой теме и объяснить взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом в широком диапазоне частот.

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

В линейной среде работа - это произведение силы, приложенной к объекту, и расстояния, которое объект проходит под действием этой силы:

w = fd

Во вращающейся среде крутящий момент эквивалентен работе, но его значение немного сложнее. Крутящий момент равен приложенной силе, его расстоянию от оси вращения (радиус) и углу (θ) приложения силы:

t = f (r sin θ)

В U.S., крутящий момент выражается в фунт-футах (фунт-фут). Когда я учился в школе, это были фут-фунты (фут-фунты), и я до сих пор использую старое значение. Крутящий момент показывает, сколько работы было выполнено, но не показывает, насколько быстро эта работа завершена.
Мощность - скорость, с которой совершается крутящий момент (работа):

p = t / время

В США мы используем HP как единицу мощности. Два приведенных ниже уравнения показывают соотношение л.с. и крутящего момента при изменении скорости двигателя. Константа 5 252 является результатом деления исходных данных теста Джеймса Ватта (33 000) на 2 пи (π).

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

В зависимости от соотношения, крутящий момент должен удвоиться, если HP должна оставаться постоянной при уменьшении скорости вдвое. Чтобы обеспечить такую ​​же мощность на более низкой скорости, двигатель должен выполнять вдвое больше работы за оборот, что требует вдвое большего крутящего момента. Вот почему вал и рама двигателя на 900 об / мин обычно больше, чем у двигателя с частотой вращения 1800 об / мин той же мощности.

Введение в частотно-регулируемый привод
Когда скорость двигателя переменного тока регулируется частотно-регулируемым приводом, мощность или крутящий момент будут изменяться в зависимости от изменения частоты.На рисунке 1 представлена ​​графическая иллюстрация этих изменений. Ось X - скорость двигателя от 0 до 120 герц. Ось Y - процент мощности и крутящего момента. При 60 Гц (базовая скорость двигателя) и мощность, и крутящий момент равны 100 процентам. Когда частотно-регулируемый привод снижает частоту и скорость двигателя, он также снижает напряжение для поддержания постоянного отношения вольт / герц. Крутящий момент остается на уровне 100 процентов, но HP уменьшается прямо пропорционально изменению скорости.

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

Рисунок 1. Изменение мощности и крутящего момента с разными частотами

Когда частотный преобразователь увеличивает частоту выше 60 Гц, мощность и крутящий момент полностью переключаются. HP остается на уровне 100 процентов, а крутящий момент уменьшается с увеличением частоты.Снижение крутящего момента происходит из-за того, что полное сопротивление двигателя увеличивается с увеличением частоты. Поскольку частотно-регулируемый привод не может увеличить напряжение выше напряжения питания, ток уменьшается с увеличением частоты, уменьшая доступный крутящий момент.

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

Конечные пользователи должны проконсультироваться со своим производителем, прежде чем эксплуатировать двигатель со скоростью, превышающей его базовую. Типичные проблемы - баланс ротора, срок службы подшипников и критическая скорость.Высококачественные двигатели с частотой вращения 1800 и 1200 об / мин мощностью до 200 л.с. должны без проблем работать с частотой вращения, в два раза превышающей базовую. Превышение скорости обычно не допускается на двигателях с частотой вращения 3600 об / мин и мощностью более 50 л.с. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) MG1 предоставляет несколько рекомендаций по превышению скорости, которым должны соответствовать производители.

Вы когда-нибудь совершали ошибку, управляя 230-вольтовым двигателем на 460 вольт? Если да, то вы, вероятно, заметили в комнате много дыма. Однако есть приложения, в которых это действительно может работать.Новым способом обеспечения постоянного крутящего момента на скоростях, превышающих базовую, является запуск двигателя на 230 В на частотно-регулируемом приводе на 460 В. В этих приложениях привод запрограммирован на обеспечение полного напряжения с частотой 120 Гц, а затем снижает напряжение пропорционально уменьшению скорости. При 90 Гц выходное напряжение будет 345 вольт, а при 60 Гц оно будет соответствовать напряжению, указанному на паспортной табличке двигателя (230 вольт). Отношение вольт / герц остается постоянным 3,83 во всем диапазоне скоростей.

Что такое частота? | Fluke

Частота переменного тока (ac) - это количество циклов в секунду в синусоидальной волне переменного тока.Частота - это скорость изменения направления тока в секунду. Он измеряется в герцах (Гц), международной единице измерения, где 1 герц равен 1 циклу в секунду.

  • Герц (Гц) = Один герц равен одному циклу в секунду.
  • Цикл = Одна полная волна переменного тока или напряжения.
  • Чередование = одна половина цикла.
  • Период = время, необходимое для создания одного полного цикла сигнала.

По сути, частота - это то, как часто что-то повторяется.В случае электрического тока частота - это количество раз, когда синусоидальная волна повторяет или завершает цикл от положительного к отрицательному.

Чем больше циклов происходит в секунду, тем выше частота.

Пример: Если переменный ток имеет частоту 3 Гц (см. Диаграмму ниже), это означает, что его форма волны повторяется 3 раза за 1 секунду.

Частота обычно используется для описания работы электрического оборудования. Ниже приведены некоторые распространенные диапазоны частот:

  • Частота сети питания (обычно 50 Гц или 60 Гц).
  • Преобразователи частоты, которые обычно используют несущую частоту 1–20 килогерц (кГц).
  • Диапазон звуковых частот: от 15 Гц до 20 кГц (диапазон человеческого слуха).
  • Радиочастота: 30-300 кГц.
  • Низкая частота: от 300 кГц до 3 мегагерц (МГц).
  • Средняя частота: 3-30 МГц.
  • Высокая частота: 30-300 МГц.

Цепи и оборудование часто предназначены для работы с фиксированной или переменной частотой. Оборудование, предназначенное для работы на фиксированной частоте, работает ненормально, если оно работает на частоте, отличной от указанной.Например, двигатель переменного тока, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, работает медленнее, если частота падает ниже 60 Гц, и быстрее, если она превышает 60 Гц. Для двигателей переменного тока любое изменение частоты вызывает пропорциональное изменение скорости двигателя. Другой пример: уменьшение частоты на 5% приводит к снижению скорости двигателя на 5%.

Как измерить частоту

Цифровой мультиметр, который включает режим частотомера, может измерять частоту сигналов переменного тока, а также может предлагать следующее:

  • Запись MIN / MAX, что позволяет записывать измерения частоты в течение определенного периода или таким же образом записываются измерения напряжения, тока или сопротивления.
  • Автоматический выбор диапазона: автоматический выбор диапазона частот, кроме случаев, когда измеренное напряжение выходит за пределы диапазона измерения частоты.

Электросети различаются в зависимости от страны. В США сетка основана на высокостабильном сигнале с частотой 60 Гц, что означает, что она циклически повторяется 60 раз в секунду.

В США для электроснабжения домашних хозяйств используется однофазный источник питания переменного тока на 120 вольт. Мощность, измеренная в настенной розетке дома в США, даст синусоидальные волны, колеблющиеся в пределах ± 170 вольт, при измерении истинного среднеквадратичного напряжения на уровне 120 вольт.Частота колебаний составит 60 циклов в секунду.

Hertz назван в честь немецкого физика Генриха Герца (1857–1894), который первым начал передавать и принимать радиоволны. Радиоволны распространяются с частотой один цикл в секунду (1 Гц). (Точно так же часы отсчитывают 1 Гц.)

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра, автор - Глен А. Мазур, American Technical Publishers.

Статьи по теме:

Частота коммутации VFD | КЭБ


Частота переключения частотно-регулируемого привода относится к скорости, с которой напряжение шины постоянного тока включается и выключается во время процесса широтно-импульсной модуляции (ШИМ).Включение и выключение постоянного напряжения осуществляется биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT). Процесс PWM использует переключение IGBT для создания переменного напряжения и переменной частоты на выходе из VFD для управления индукцией переменного тока, синхронными двигателями с постоянными магнитами или двигателями постоянного тока. Частота переключения, иногда называемая «несущей частотой», определяется с использованием единицы герц (Гц) и обычно находится в диапазоне кГц (Гц * 1000), обычно в диапазоне от 4 до 16 кГц, или от 4000 до 16000 включает / выключает в секунду.

Чтобы определить, какая частота коммутации лучше всего подходит для вашего приложения, полезно посмотреть на преимущества и недостатки при увеличении частоты коммутации.


Частота переключения - влияние на искажение тока

Содержание гармоник в форме волны тока, генерируемой процессом ШИМ, уменьшается с увеличением частоты переключения. «Более чистая» форма волны приводит к повышению эффективности за счет уменьшения пульсаций тока, что приводит к меньшим потерям в двигателе.Это преимущество более высокой частоты коммутации становится более явным по мере увеличения выходной частоты двигателя.

Эффект от использования разных частот переключения можно увидеть в приложении ниже. Двигатель с постоянным магнитом для поверхностного монтажа (SMPM) приводится в действие высокоскоростным ЧРП KEB. Рабочая точка системы составляет 50 кВт при 10000 об / мин (333 Гц). На рисунке 1 показана форма волны тока (зеленый) и выход ШИМ частотно-регулируемого привода (красный) при частоте переключения 4 кГц. В этом приложении ток, необходимый для достижения рабочей точки, составляет 178 ампер.

Формула для полного гармонического искажения тока (THD (I)):

где

I 1 = среднеквадратичное значение ток на основной частоте

I n = действующее значение тока n-й гармоники

n (макс.) - это номер высшей измеряемой или значимой гармоники. В этом случае использовалась самая высокая гармоника n = 50.

Для этого приложения, работающего на 50 кВт при 10000 об / мин, с использованием частоты переключения 4 кГц, THD (I) = 12.69%.

50 кВт при 10000 об / мин, при частоте переключения 4 кГц, THD (I) = 12,69%

Запуск системы в той же рабочей точке (50 кВт при 10000 об / мин) и увеличение частоты переключения до 8 кГц дает кривую тока в двигателе, показанную на рисунке 2, и результирующий THD (I) = 6,27%.

50 кВт при 10000 об / мин, при частоте переключения 8 кГц, THD (I) = 6,27%

Уменьшение искажений тока приводит к меньшему нагреву ротора двигателя и более высокому КПД двигателя.Уменьшение нагрева ротора вызывает большую озабоченность, когда в двигателях используется подшипниковая технология, требующая очень малых зазоров (воздушная фольга или магнит). Избыточный нагрев ротора может вызвать расширение или удлинение ротора, что может привести к удару ротора о поверхность подшипника.


Частота переключения - влияние на высокочастотные выходы

По мере увеличения выходной частоты двигателя влияние частоты коммутации частотно-регулируемого привода становится более выраженным. Используя тот же двигатель, что и выше, рабочая точка была увеличена до 100 кВт при 20000 об / мин (666 Гц).Опять же, требуемый выходной ток от ЧРП для достижения этой рабочей точки составлял 178 ампер.

При частоте переключения 4 кГц (рисунок 3) THD (I) = 17,27%.

50 кВт при 20000 об / мин, при частоте переключения 4 кГц, THD (I) = 17,27%

При частоте переключения 8 кГц (рисунок 4) THD (I) = 8,47%.

50 кВт при 20000 об / мин, при частоте переключения 8 кГц, THD (I) = 8,47%

При частоте переключения 16 кГц (рисунок 5) THD (I) = 4,05%.

50 кВт при 20000 об / мин, при частоте переключения 16 кГц, THD (I) = 4.05%

Чем выше частота коммутации, тем меньше слышимый от двигателя шум. Слышимый шум двигателя возникает из-за вибрации пластин статора с несущей частотой. По мере увеличения несущей частоты высота шума от пластин статора увеличивается, смещая уровни дальше от диапазона нормального слуха человека. Уровни шума двигателя могут вызывать беспокойство в зависимости от требований приложения (двигатели лифтов, театральное оборудование и т. Д.). В этих случаях возможен вариант с ЧРП с более высокой несущей частотой.

По мере увеличения частоты коммутации нагрев двигателя из-за более высокого содержания гармоник в форме волны тока уменьшается. В то же время увеличивается тепло, выделяемое внутри частотно-регулируемого привода из-за переключения IGBT. Каждое переключающее действие IGBT вызывает относительно фиксированное количество потерь тепла. Таким образом, с увеличением частоты переключения увеличиваются и общие тепловые потери частотно-регулируемого привода. Радиатор частотно-регулируемого привода должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивать достаточное охлаждение частотно-регулируемого привода для работы в максимальных номинальных условиях окружающей среды.Приводы KEB рассчитаны на определенную частоту коммутации. Определенный привод может работать на более высокой частоте коммутации, чем номинальная, но выходную мощность, возможно, придется уменьшить, чтобы не допустить перегрева привода. Если системе требуется более высокая частота переключения, то, возможно, потребуется увеличить размер радиатора, увеличить поток воздуха или обеспечить жидкостное охлаждение. Все эти опции доступны на дисках KEB.

Из-за более высоких тепловых потерь из-за более высокой частоты переключения и того факта, что радиатор может потребоваться большего размера (при воздушном охлаждении), это приводит к большему физическому размеру ЧРП и, следовательно, к более высокой стоимости начальных компонентов.

KEB имеет опцию жидкостного охлаждения частотно-регулируемого привода для ситуаций, когда пространство может быть проблемой. Хотя это потенциально уменьшает физический размер корпуса ЧРП, но требует доступа к охлаждающей жидкости.

Характеристики частотно-регулируемого привода основаны на максимальных условиях окружающей среды. В большинстве случаев ЧРП монтируется внутри электрического шкафа. Максимальная температура окружающей среды вокруг частотно-регулируемого привода становится температурой внутри корпуса. Из-за более высоких потерь тепла от частотно-регулируемого привода из-за более высокой частоты переключения это приводит к большим потерям тепла в корпусе.Более высокая тепловая нагрузка шкафа может потребовать дополнительного охлаждения (вентиляторы, кондиционер), добавляемого к самому шкафу, в зависимости от требований приложения.

Частота коммутации частотно-регулируемого привода, используемая для конкретного приложения, сильно зависит от требований приложения и компонентов системы. При определении оптимальной частоты переключения частотно-регулируемого привода для конкретного приложения необходимо учитывать конструкцию двигателя, уровни шума, требуемую эффективность системы, требования к охлаждению и стоимость компонентов.

Лучшие машины с улучшенной технологией привода

ЧРП

KEB могут работать на частотах переключения до 16 кГц. KEB имеет большой опыт в приложениях, требующих высоких частот переключения. Благодаря нашему обширному опыту применения в этих типах приложений, приводы KEB были разработаны для решения неотъемлемых проблем, связанных с более высокими частотами переключения.

Независимо от того, требует ли ваше приложение высокой частоты переключения или нет, у KEB America есть возможности и опыт, чтобы помочь вам удовлетворить ваши требования.Свяжитесь с нами сегодня или заполните форму ниже.

Основы частотно-регулируемых приводов двигателей

Двигатели постоянного тока исторически имели преимущества в том, что их скорость и направление вращения можно было легко контролировать, регулируя или переключая напряжение питания. Это сделало их подходящими для лифтов, приводов горнолыжных подъемников и аналогичных приложений, требующих плавной и надежной работы.

По сравнению с аналогичными двигателями постоянного тока трехфазные асинхронные двигатели относительно легкие и недорогие в производстве и обслуживании.Большая проблема заключалась в том, что до последних десятилетий было нелегко контролировать скорость. Вы могли уменьшить напряжение питания, чтобы замедлить двигатель, но это было равносильно замене менее мощного двигателя и его перегрузке. Результатом стало повышенное энергопотребление, повышение температуры и сокращение срока службы. Точно так же, в отличие от двигателя постоянного тока, где вращение можно изменить на противоположное, просто переключив провода, однофазный двигатель переменного тока потребует дополнительной обратной обмотки или аналогичного приспособления.

В начале 1960-х годов появилась новая элегантная технология, которая позволила двигателям переменного тока легко регулировать скорость.Приводы с регулируемой частотой (VFD) - также правильно называемые приводами с регулируемой скоростью, приводами с регулируемой скоростью, частотно-регулируемыми приводами, микроприводами и инверторами моторных приводов - могут быть оснащены интерфейсом оператора для контроля и управления индукционным (асинхронным) или синхронным двигатель переменного тока.

VFD может относиться только к устройству управления или к двигателю и приводному оборудованию. Учитывая его широкие функциональные возможности и высокую мощность, частотно-регулируемый привод отличается простотой и надежностью. Режимы отказа чаще всего связаны с источником питания, кабелями или приводным оборудованием.

Устранение неисправностей несложно, хотя рекомендуется соблюдать осторожность из-за промышленных напряжений и опасности возникновения дугового разряда, типичных для окружающей среды. Остерегайтесь накопленного напряжения, которое может сохраняться в конденсаторах долгое время после отключения питания. Следует проявлять особую осторожность, чтобы убедиться, что источник питания заблокирован и нет возможности обратного питания, чтобы двигатель и приводимое оборудование не могли неожиданно запуститься.

Преобразователи частоты

имеют довольно простую схему. Электропитание должно быть обеспечено безаварийным отключением.Он также должен проходить через проводники соответствующей токовой нагрузки с защитой от короткого замыкания и замыкания на землю и с отдельной защитой от перегрузки для двигателя.

Большинство таких систем являются трехфазными, с питанием от переменного тока 480 В, хотя возможна и однофазная. Три ответвительных проводника (плюс провод заземления оборудования) входят в корпус и заканчиваются на входе в секцию выпрямителя. Диодная сеть обеспечивает двухполупериодное выпрямление. Важнейшая функция фильтрации - через большие электролитические конденсаторы с добавленной индуктивностью или без нее.

Выход перемещается по шине постоянного тока в секцию инвертора, где синтезируется подходящий выход переменного тока для питания двигателя. Инвертор регулирует напряжение и частоту двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Управление, автоматическое или ручное, происходит извне. Человек с операторского интерфейса может дать команду двигателю реверсировать, ускоряться или замедляться, запускаться или останавливаться. Кроме того, можно контролировать или изменять параметры крутящего момента. Соответствующие сигналы отправляются в секцию инвертора VFD, которая питается от буферного постоянного напряжения, которое на самом деле равно 1.В 414 раз больше размаха напряжения в линии переменного тока. Переключение осуществляется в секции инвертора биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), которые, в зависимости от емкости частотно-регулируемого привода, могут приводить в действие двигатели мощностью 500 л.с.

Неисправность системы может проявляться в виде перегрева, что обычно является прелюдией к отказу двигателя. В большом двигателе отказ двигателя обходится дорого, и время простоя также необходимо учитывать. Эти факторы можно смягчить, если периодически снимать показания температуры, чтобы выявить опасные тенденции на ранней стадии.

Подключение кабеля от частотно-регулируемого привода к двигателю может быть проблематичным. Следует обратить внимание на то, появились ли симптомы постепенно или присутствуют при запуске. Повышенный импеданс или вредные отражения сигнала снижают общую эффективность системы. В суровых производственных условиях заделки или кабель могут выйти из строя. В качестве альтернативы, в процессе проектирования и установки кабель мог быть слишком длинным или проложен близко к нелинейной нагрузке.

Проектирование, обслуживание и установка частотно-регулируемого привода, как и промышленной электроники в целом, сильно влияет на производительность.Но после установки и обкатки частотно-регулируемые приводы обычно безотказно работают годами.

Управление скоростью двигателей - Введение в частотно-регулируемые приводы

Время считывания: 4 минуты

Скорость, крутящий момент и мощность - три взаимосвязанных параметра в управлении двигателем. Скорость двигателя, измеряемая в оборотах в минуту (об / мин), определяет способность двигателя вращаться со скоростью в единицу времени. Крутящий момент двигателя, измеряемый в фут-фунтах (фут-фунт), является характеристикой вращения двигателя, которая является алгебраическим произведением силы, умноженной на расстояние.Электрически одна лошадиная сила (л.с.) равна 746 Вт. Что интересно в этих параметрах двигателя, так это то, что если вы измените одну из трех переменных, это повлияет на две другие. Например, если вы увеличиваете мощность, сохраняя постоянную скорость, крутящий момент увеличивается.

Электродвигатель - это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Электрический сигнал подается на вход двигателя, и на выходе двигателя создается определенный крутящий момент, связанный с характеристиками двигателя.Важно понимать характеристические кривые скорость-крутящий момент, поскольку они показывают взаимосвязь между скоростью в процентах от номинальной скорости и крутящим моментом нагрузки в процентах от полной номинальной скорости. Двигатели доступны в многоскоростных конфигурациях, которые могут обеспечивать переменную мощность с постоянным крутящим моментом, переменную мощность с постоянным крутящим моментом и переменную мощность с переменным крутящим моментом.

Уравнение 1. Синхронная скорость

Традиционно двигатели постоянного тока использовались в приложениях точного управления скоростью из-за их способности довольно легко обеспечивать ускорение и замедление от положения полной остановки до полной скорости.В последовательном двигателе постоянного тока (поле последовательно с якорем) скорость регулируется путем увеличения или уменьшения приложенного напряжения к последовательному полю или якорю с помощью полевого реостата или реостата якоря. Выпрямители с кремниевым управлением (SCR) заменили реостаты, поскольку они могут управлять большими блоками мощности без проблем рассеивания тепла, связанных с угольными или проволочными переменными резисторами. Кроме того, SCR намного меньше по размеру, чем их более ранние аналоги, и хорошо взаимодействуют с программируемыми логическими контроллерами.

Асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором - это, по сути, устройство с постоянной скоростью. Скорость вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью. Уравнение 1 связывает синхронную скорость (S) с частотой входящей линии (F) и числом полюсов (P), из которых состоит машина: [S = 120 (F) ÷ P].

Вот пример, чтобы проиллюстрировать это. В США частота в линии составляет 60 Гц. Таким образом, четырехполюсный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором будет иметь синхронную скорость 1800 об / мин [(120 x 60) ÷ 4].На практике двигатель будет работать со скоростью менее 1800 об / мин, так как нагрузка находится на роторе. Эта разница в скорости между синхронной скоростью и скоростью при полной нагрузке называется скольжением и обычно выражается в процентах. Обратите внимание, что единственными двумя переменными в уравнении 1, которые определяют скорость, являются частота входящей линии и количество полюсов в машине. Поскольку количество полюсов в машине фиксировано, единственная переменная, которую нужно изменить, - это частота входящей линии. Это основа для работы частотно-регулируемого привода (ЧРП).

На этом этапе важно понимать разницу между машиной переменного и постоянного тока. Ранее мы упоминали, что скорость машины постоянного тока может быть изменена путем увеличения или уменьшения приложенного напряжения. Это не относится к двигателю переменного тока. Фактически, вы можете повредить асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, если измените входное напряжение питания.

Термин частотно-регулируемый привод часто используется как взаимозаменяемый с приводом переменного тока, инвертором или преобразователем частоты (AFD).Двумя наиболее распространенными схемами для регулировки скорости асинхронного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором являются инвертор и циклоконвертер.

ЧРП, использующий инвертор, выполняет две функции: во-первых, он принимает входящий сигнал переменного тока и преобразует его в сигнал постоянного тока посредством процесса, известного как выпрямление, а затем принимает выпрямленный сигнал постоянного тока и инвертирует его обратно в переменное напряжение и переменную. -частотный сигнал переменного тока. Инвертор принимает форму волны, подобную выпрямленному сигналу постоянного тока, и генерирует эквивалентную изменяющуюся во времени форму волны, напоминающую синусоиду.Блок-схема частотно-регулируемого привода инверторного типа показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Блок-схема PWM VFD

ЧРП, использующий циклоконвертер, представляет собой устройство, которое выдает сигнал переменного тока постоянной или регулируемой частоты из входного сигнала переменного тока переменной частоты. Выходная частота обычно составляет одну треть или меньше входной частоты. ЧРП с циклоконвертером обычно используется с более крупными двигателями или группами двигателей одновременно.

Типичные технические характеристики, с которыми вы можете столкнуться при использовании частотно-регулируемого привода инверторного типа, перечислены ниже:

Мощность: 1–10 л.с. при 230 В

Входная частота: 50/60 Гц

Выходная частота: 0–120 Гц стандартная; Выбор перемычки 0–400 Гц

Потенциометр установки частоты: 10 кОм ½ Вт

Температура окружающей среды: 0 - + 40 ° C

Метод управления: ШИМ (широтно-импульсная модуляция)

Тип транзистора: IGBT (BJT с изолированным затвором)

Аналоговые выходы: назначаемые

Цифровые выходы: назначаемые оптоизолированные

Клеммные колодки, присутствующие на частотно-регулируемом приводе, позволяют устройству взаимодействовать с внешним миром со знакомыми коммутационными устройствами, такими как пуск, останов, движение вперед и назад.Вместо использования трехпроводной схемы управления для запуска и остановки двигателя с помощью устройств с мгновенным контактом электроника привода управляет всеми этими знакомыми операциями.

Обычно ЧРП также имеет жидкокристаллический дисплей (ЖКД) с подсветкой, который показывает множество рабочих параметров двигателя, которые полностью программируются пользователем. Твердотельные устройства, такие как кремниевый управляемый выпрямитель, симистор и биполярный транзистор с изолированным затвором, позволили преобразователю частоты стать предпочтительным методом управления скоростью двигателя переменного тока.

AB-022: Частота ШИМ для линейного управления движением

Введение

Широтно-импульсная модуляция

(или ШИМ) - популярный и эффективный метод управления двигателями постоянного тока, поскольку мы можем управлять двигателями со значительно меньшими потерями мощности, чем при непрерывном линейном регулировании. {- t \ frac {R} {L}}) $$

Напряжение на катушке индуктивности с течением времени стремится к 0, в то время как напряжение на резисторе стремится к В.Это согласуется с интуитивно понятным моментом, что на катушке индуктивности будет напряжение только до тех пор, пока ток в цепи изменяется - когда схема достигает своего установившегося состояния, дальнейшее изменение тока и, в конечном счете, отсутствие напряжения на индукторе.

Все последовательные цепи RL имеют постоянную времени, обычно обозначаемую \ (\ tau = \ frac {L} {R} \), которая представляет собой время, за которое напряжение на компоненте достигает \ (\ frac {1} {e } \) Его окончательного значения. \ (V_ {L} \) будет находиться на уровне 0 В, поэтому \ (\ tau \) - это время, необходимое для \ (V_ {L} = V ({\ frac {1} {e}}) \).Аналогично \ (V_ {R} \) будет находиться при входном напряжении V, поэтому \ (\ tau \) - это время, необходимое для \ (V_ {R} = V ({1 - \ frac {1} {e}}) \).

Когда на цепь подается напряжение, индуктивность L снижает скорость нарастания тока. Это происходит потому, что катушка индуктивности создает обратную ЭДС, которая препятствует протеканию через нее тока. Это предотвращает рост или падение тока (и, следовательно, напряжения на резисторе) намного быстрее, чем постоянная времени схемы.

В результате, когда источник питания включен, ток не мгновенно достигает своего установившегося значения, \ (\ frac {V} {R} \).Вместо этого для завершения подъема требуется несколько постоянных времени.

Ток в цепи RL

При использовании ШИМ для управления двигателем постоянного тока эта ситуация повторяется каждый период ШИМ. Если нагрузка только резистивная, частота ШИМ не влияет, но в этой цепи RL рост тока ограничен индуктивностью.

Следовательно, сигналы ШИМ, использующие более высокие частоты, дают меньше времени для роста тока.

Ток двигателя при двух разных частотах ШИМ, при нагрузке 50%

Это означает, что для имитации линейного отклика время импульса включения для ШИМ должно быть больше \ (5 \ tau \), т.е.е. \ (5 \ times \ frac {L} {R} \).

Например, если у нашего двигателя постоянная времени \ (\ tau = 10 \ mu s \), минимальная ширина импульса должна быть больше \ (50 \ mu s \).

Если наш минимальный рабочий цикл ШИМ составляет 5%, то мы должны выбрать частоту, чтобы гарантировать, что она больше \ (50 мкс \). Это дает минимальный период ШИМ \ (20 \ умножить на 50 \ мкс = 1 мс \). Период 1 мс означает, что наша максимальная частота для линейного отклика составляет 1 кГц, при любой более низкой и при малых рабочих циклах ток не успевает приблизиться к своему установившемуся значению.

Расчеты для прецизионных микроприводов 110-003 Двигатель

Давайте попробуем вычислить максимальную частоту ШИМ, которая дает линейную характеристику крутящего момента с разрешением ШИМ 1%. В этом примере мы используем двигатель постоянного тока 110-003 Micro Core ™, вы можете найти его технические данные в таблице данных (которую можно загрузить со страницы продукта).

Номинальное напряжение = 1,5 В

Сопротивление = 3,4 Ом

Индуктивность = 19 мкГн

Постоянная времени для этого двигателя:

$$ \ tau = \ frac {L} {R} $$

$$ \ tau = \ frac {0.000019 H} {3.4 \ Omega} = 0.0000056 s = 5.6 \ mu s $$

Следовательно, минимальная ширина импульса должна быть больше, чем:

$$ 5,6 \ mu s \ times 5 = 28 \ mu s $$

При минимальном разрешении ШИМ 1% минимальная ширина импульса составляет:

$$ 28 \ mu s \ times 100 = 2800 \ mu s $$

Определяет максимальную частоту для линейного отклика (помните, что здесь индуктивность в обмотке двигателя не усредняет ток ниже уровня, который обеспечивает двигатель с максимальным крутящим моментом):

$$ \ frac {1} {0.0028s} = 357 Гц $$

То есть, если вы хотите максимизировать крутящий момент двигателя, управляйте им постоянным током или ШИМ с частотой менее 357 Гц (в этом примере).

Испытания с помощью прецизионных микроприводов 110-003 Двигатель

Схема тестирования двигателя 110-003

В приведенной выше схеме тестирования двигатель управлялся от источника ШИМ на ATmega168, который выводился через полевой МОП-транзистор. Стабилизатор напряжения LDO (LD1086) обеспечивал питание двигателя напряжением 1,5 В.

Ток измерялся между регулятором напряжения и двигателем, а также между источником транзистора и землей.Вал двигателя был остановлен, чтобы имитировать нормальные условия, при которых двигатель работает с нагрузкой.

Три скриншота ниже относятся к трем различным частотам ШИМ: 200 Гц, 2 кГц и 31,25 кГц, но наш минимальный рабочий цикл на самом деле составляет 10%. Это означает, что мы должны увидеть линейное поведение на частотах ниже 3,571 кГц (в 10 раз больше расчетной минимальной частоты при коэффициенте заполнения 1%). Мы ожидаем, что сигналы 200 Гц и 2 кГц будут похожи и будут близки к ожидаемому постоянному току, но 31.Сигнал 25 кГц достигнет значительно меньшего тока.

Текущее значение на скриншотах - это средний ток.

Ток в 110-003 с ШИМ 200 Гц при нагрузке 10%

Ток в 110-003 с ШИМ 2 кГц при нагрузке 10%

Ток в 110-003 с ШИМ 31,25 кГц при нагрузке 10%

Как мы видим, для 31,25 кГц ток достигает почти 50% от значения для 2 кГц. Если средний ток меньше, это означает, что выходной крутящий момент также меньше и не является линейным откликом.

При 2 кГц ток приближается к максимальному значению (как при истинном управлении постоянным током), поэтому мы можем ожидать, что частота 2 кГц даст линейный отклик выше 10%. Точно так же с частотой 200 Гц пиковый ток снова достигает полного значения, как мы и ожидали с нашими расчетами заранее.

Важное замечание - проанализировать, как двигатель работает на более низких частотах. Во время наших испытаний мы испытали некоторую вибрацию и тряску на валу двигателя при питании с частотой 200 Гц, поэтому для более плавной работы системы привода мы выбрали бы более высокую частоту.

Данные и график ниже помогают увидеть нелинейный отклик на высоких частотах. Мы изменили рабочий цикл для тех же трех частот, линейный отклик должен показывать прямую линию между рабочим циклом и потребляемым током. Это означает, что изменение нагрузки между 75% и 80% должно давать такое же изменение крутящего момента (потребляемого тока), как от 5% до 10%.

Ток двигателя в зависимости от режима ШИМ

Ток двигателя в зависимости от режима ШИМ на разных частотах

Мы можем видеть, что хотя частоты 200 Гц и 2 кГц не полностью соответствуют теоретическому идеалу (похоже, есть небольшое изменение градиента выше ~ 83%), нелинейность гораздо более выражена на 31.25 кГц.

Важно найти приемлемый баланс между линейным поведением, шумом и нежелательной вибрацией. Для многих приложений нелинейность на более высоких частотах не будет проблемой, или преимущества более высоких частот перевешивают недостатки.

Однако, если ваше приложение действительно требует высокой степени линейности от высокочастотного сигнала привода ШИМ, вы можете рассмотреть следующее для повышения производительности:

1. Переключение частоты ШИМ при запуске двигателя, уменьшение частоты может дать более высокий выходной крутящий момент.Это может быть сделано с большинством микроконтроллеров, которые имеют аппаратный ШИМ-генератор, обычно с фазокорректным режимом работы

2. Увеличение разрешения ШИМ и создание таблицы поиска в коде для моторной реакции. Мы можем изменять ШИМ, чтобы компенсировать нелинейный отклик двигателя

3. Добавление датчика тока и создание ШИМ-регулятора с обратной связью для изменения частоты или рабочего цикла для линейного отклика

Все эти опции требуют дополнительных ресурсов или кодирования, если возможно, использование более низкой частоты ШИМ упрощает конструкцию.

Регулирование частоты промышленных двигателей



ЦЕЛИ ОБСУЖДЕНИЯ :

  • Объясните, как можно изменить скорость асинхронного двигателя с изменением частоты.
  • Обсудите различные методы управления частотой.
  • Обсудите меры предосторожности, которые необходимо предпринять при понижении частоты.
  • Определите термины нарастание и вольт на герц.

- - - -

Скорость трехфазного асинхронного двигателя может регулироваться либо изменение количества полюсов статора на фазу, как в случае с последующим полюсные двигатели, либо изменяя частоту подаваемого напряжения.

Оба метода изменяют синхронную скорость вращения магнитное поле. Диаграмма, показанная на рис. 1, показывает, что когда При изменении частоты происходит соответствующее изменение синхронной скорости.


Рис. 1 Синхронная скорость определяется числом полюсов статора. на фазу и частоту.


Рис. 2 Генератор регулирует скорость нескольких асинхронных двигателей.

Однако изменение частоты вызывает соответствующее изменение индуктивного реактивное сопротивление обмоток (XL = 2pfL).Поскольку уменьшение частоты производит уменьшение индуктивного реактивного сопротивления, величина напряжения, приложенного к двигатель должен быть уменьшен пропорционально уменьшению частоты, чтобы для предотвращения перегрева обмоток из-за чрезмерного тока. Любой тип регулятора частоты также необходимо регулировать выходное напряжение с помощью изменение частоты. Есть два основных метода достижения переменной регулировка частоты: генератор и сплошной состояние .

Блок управления генератором

Генераторы переменного тока часто используются для управления скоростью нескольких асинхронных двигателей. которые требуют такого же изменения скорости, например, двигатели на конвейерной линии (Илл. 2).

Генератор приводится в движение двигателем постоянного тока или соединенным двигателем переменного тока. к вихретоковой муфте. Выходная частота генератора определяется по скорости вращения ротора. Выходное напряжение генератора определяется на величину постоянного тока возбуждения, приложенного к ротору.Поскольку выходное напряжение должно изменяться с изменением частоты, переменное напряжение Источник постоянного тока используется для обеспечения тока возбуждения. Большинство элементов управления этим типа используют какой-либо метод определения скорости генератора переменного тока и делают автоматический регулировка тока возбуждения.

Твердотельное управление

Большинство частотно-регулируемых приводов работают, сначала изменяя напряжение переменного тока. в постоянный, а затем обратно на переменный ток с желаемой частотой.Пара частотно-регулируемых приводов показаны на рисунках 3A и 3B.

Есть несколько методов, используемых для изменения напряжения постоянного тока обратно на переменное. Используемый метод обычно определяется производителем, возрастом оборудование и размер двигателя, которым должен управлять привод. Переменная частота приводы, предназначенные для управления частотой вращения двигателей до 500 лошадиных сил в основном использовать транзисторы. В схеме, показанной на рис. 4, трехфазный мост выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный.Мост Выпрямитель использует шесть тиристоров (выпрямителей с кремниевым управлением). SCR разрешают выходное напряжение выпрямителя, которое необходимо контролировать. Поскольку частота уменьшается, тиристоры срабатывают позже в цикле и понижают выходное напряжение к транзисторам. Дроссельная катушка и конденсаторная батарея используются для фильтрации выходное напряжение перед транзисторами с Q1 по Q6 изменяет напряжение постоянного тока обратно в AC. Электронный блок управления подключен к базам транзисторов. С 1 по 6 квартал.Блок управления преобразует постоянное напряжение обратно в трехфазное. переменный ток путем включения или выключения транзисторов в нужное время и в правильной последовательности. Предположим, например, что транзисторы Q1 и Q4 включены одновременно. Это позволяет обмотке статора Т1 быть подключается к положительному напряжению, а Т2 подключается к отрицательному напряжению. Ток может протекать через Q4 - T2, через обмотку статора двигателя и через T1 в Q1.

Теперь предположим, что транзисторы Q1 и Q4 выключены, а транзисторы Q3 и Q6 включены.Теперь ток будет течь через Q6 к обмотке статора. T3, через двигатель к T2, и через Q3 к плюсу мощности поставлять.

Поскольку транзисторы полностью включены или полностью выключены, форма волны представляет собой прямоугольную волну вместо синусоидальной волны (рис. 5). Асинхронные двигатели будут работать с прямоугольной волной без особых усилий. проблема. Некоторые производители проектируют устройства, которые будут выдавать ступенчатую форму волны. как показано на рис. 6. Ступенчатая форма волны используется, потому что она более точно аппроксимирует синусоидальную волну.

Некоторые связанные проблемы

Схема, показанная на рис. 4, использует тиристоры в питание и переходные транзисторы в выходном каскаде. Источники питания SCR контролировать выходное напряжение путем прерывания входящего сигнала.

Это может вызвать гармоники в линии, которые вызывают перегрев трансформаторов и двигателей, а также могут вызвать перегорание предохранителей и срабатывание автоматических выключателей. Когда биполярные переходные транзисторы используются в качестве переключателей, они обычно доведены до насыщения, снабдив их чрезмерным количеством базового эмиттера. Текущий.Насыщение транзистора вызывает напряжение коллектор-эмиттер. упасть до 0,04–0,03 вольт. Это небольшое падение напряжения позволяет транзистор для управления большим током без разрушения. Однако, когда переходной транзистор доводится до насыщения, он не может восстановиться или выключиться так же быстро, как обычно. Это сильно ограничивает частоту ответ транзистора.


Рис. 3A Внутри частотно-регулируемого электропривода переменного тока.


Ил.3B 2 л.с. частотно-регулируемый привод

БТИЗ

Многие преобразователи частоты с транзисторным управлением теперь используют специальные Тип транзистора называется биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT). IGBT имеют изолированный затвор, очень похожий на некоторые типы полевого эффекта. транзисторы (полевые транзисторы). Поскольку ворота изолированы, они имеют очень высокий импеданс. IGBT - это устройство, управляемое напряжением, а не устройство, управляемое током. Это дает ему возможность очень быстро выключиться.IGBT можно управлять в насыщение, чтобы обеспечить очень низкое падение напряжения между эмиттером и коллектором, но они не страдают от медленного времени восстановления обычных переходные транзисторы. Условное обозначение IGBT показано на рис. 7.


Рис. 4 Полупроводниковый регулятор частоты с помощью переходных транзисторов.


Рис. 5 Прямоугольная волна.


Рис. 6 Ступенчатая волна.


Рис. 7 Условное обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором.

В приводах

, использующих IGBT, обычно используются диоды, а не тиристоры для выпрямления переменного тока. напряжение в постоянный ток (рис. 8). Трехфазный выпрямитель обеспечивает постоянную Напряжение постоянного тока на транзисторы. Выходное напряжение на двигатель регулируется. с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). ШИМ осуществляется поворотом транзистора. включаться и выключаться несколько раз в течение каждого полупериода (рис. 9). Выход напряжение - это среднее значение пикового или максимального напряжения и количества время включения или выключения транзистора.

Предположим, что трехфазный переменный ток 480 В выпрямляется в постоянный и фильтруется. Напряжение постоянного тока, приложенное к IGBT, составляет примерно 630 вольт. Выход Напряжение на двигателе регулируется скоростью переключения транзисторов.

Предположим, что транзистор включен на 10 микросекунд и выключен на 20 микросекунд. В этом примере транзистор включен в течение одной трети времени и выключен. две трети времени. Напряжение, приложенное к двигателю, будет 210 вольт (630/3).Скорость, с которой могут работать IGBT, допускает ширину импульса. модуляция для создания ступенчатой ​​волны, очень похожей на стандартную синусоидальная волна (рис. 10).


Рис. 8 Преобразователи частоты, использующие IGBT, обычно используют диоды. в выпрямителе вместо тиристоров.


Рис. 9 Широтно-импульсная модуляция осуществляется переключением напряжения включаться и выключаться несколько раз в течение каждого полупериода.


Рис. 10 Скорость IGBT может создавать ступенчатую волну, аналогичную к синусоиде.

Преимущества и недостатки приводов IGBT

Большим преимуществом приводов, использующих IGBT, является тот факт, что SCR обычно не используется в блоке питания, что значительно снижает проблемы с линией гармоники.

Самый большой недостаток - высокая скорость переключения транзисторов. может вызвать скачки напряжения в диапазоне 1600 В. мотор. Эти скачки напряжения могут вывести из строя некоторые двигатели.Длина линии от Привод к двигателю имеет большое значение для приводов, использующих IGBT. Короткая линия длины предпочтительны.

Двигатели с инверторным номиналом

Из-за проблемы чрезмерных скачков напряжения, вызванных приводами IGBT, Некоторые производители выпускают двигатель с инвертором и номиналом . Эти двигатели специально разработаны для работы с частотно-регулируемыми приводами.

Они несколько отличаются от стандартных двигателей:

1.Многие двигатели с инверторным номиналом содержат отдельный вентилятор для обеспечения непрерывного охлаждение двигателя независимо от скорости. Многие двигатели используют подключенный вентилятор к валу двигателя, чтобы помочь всасывать воздух через двигатель. Когда скорость мотора уменьшается, вентилятор не может поддерживать достаточный поток воздуха для охлаждения двигателя.

2. Инверторные двигатели обычно имеют изоляционную бумагу между обмотки и сердечник статора (рис. 11). Скачки высокого напряжения создают сильные токи, создающие сильное магнитное поле.Это увеличило магнитное поле заставляет обмотки двигателя двигаться, потому что подобно магнитному поля отталкивают друг друга. Это движение может в конечном итоге вызвать изоляцию для износа провода и создания заземленной обмотки двигателя.

3. Инверторные двигатели обычно имеют фазовую бумагу, добавленную к терминальные выводы. Фазовая бумага - это изоляционная бумага, добавляемая к терминалу. провода, выходящие из двигателя. Скачки высокого напряжения влияют на начало свинец катушки намного больше, чем провод внутри катушки.Катушка - это индуктор, который естественным образом препятствует изменению тока. Большая часть утеплителя напряжение, вызванное скачками высокого напряжения, возникает в начале обмотки.

4. Магнитный провод, используемый в конструкции обмоток двигателя, имеет изоляция более высокого номинала, чем у других двигателей.

5. Размер корпуса больше, чем у большинства трехфазных двигателей. Размер корпуса больше из-за добавленной изоляционной бумаги между обмотками и сердечником статора.Кроме того, корпус большего размера помогает охлаждать двигатель, обеспечивая большая площадь поверхности для отвода тепла.


Рис. 11 Изоляционная бумага между обмотками и статором Рамка.

Частотно-регулируемые приводы с SCR и GTO


Рис. 12 Преобразование постоянного тока в переменный с помощью тиристоров.

Приводы частотно-регулируемые, предназначенные для управления двигателями мощностью более 500 л.с. обычно используют SCR или GTO (устройство отключения ворот).GTO похожи на SCR, за исключением того, что прохождение через GTO можно остановить, применив отрицательное напряжение - отрицательное по отношению к катоду - к затвору. SCR и GTO являются тиристорами и могут обрабатывать большее количество тока, чем транзисторы. Тиристоры - это твердотельные устройства, которые демонстрируют всего два состояния работы: полностью включен или полностью включен выключенный. Пример однофазной схемы, используемой для преобразования постоянного напряжения в Напряжение переменного тока с тиристорами показано на рис.12. В этой схеме тиристоры подключены к блоку фазового сдвига, который контролирует последовательность и скорость при котором SCR активируются. Схема построена так, что тиристоры A и A ’включаются одновременно, а SCR B и B’ включаются в одно и то же время. в то же время. Катушки индуктивности L1 и L2 используются для фильтрации и формирования волны. Диоды с D1 по D4 являются фиксирующими диодами и используются для предотвращения выхода напряжение от чрезмерного повышения. Конденсатор C1 используется для включения одного комплекта SCR отключаются, когда другой набор включен.Этот конденсатор должен быть настоящим Конденсатор переменного тока, потому что он будет заряжаться до чередующейся полярности каждый полупериод. В преобразователе, предназначенном для работы с большими объемами энергии, конденсатор C1 будет батареей конденсаторов. Чтобы понять работу схемы, Предположим, что SCR A и A ’включаются одновременно. Ток будет течь через цепь, как показано на рис. 13. Обратите внимание на направление тока. протекает через нагрузку, и этот конденсатор C1 был заряжен до полярности показано.

Когда SCR включен, его можно выключить, только разрешив ток поток через анод-катодную секцию, чтобы упасть ниже определенного уровня, называемого текущий уровень удержания. Пока ток продолжает течь через анод-катод, тиристор не выключится.

Теперь предположим, что тиристоры B и B ’включены. Поскольку SCR A и A ’являются все еще включен, теперь через цепь существуют два пути тока. Положительный заряд на конденсаторе C1, однако, заставляет отрицательные электроны видеть более легкий путь.Ток бросится заряжать конденсатор на противоположный полярность, останавливая ток, протекающий через тиристоры A и A ’, позволяя их выключить. Теперь ток протекает через тиристоры B и B ’и заряжает конденсатор на противоположную полярность (илл. 14). Обратите внимание, что ток теперь течет через нагрузку в обратном направлении, что производит переменный ток через нагрузку.

Для выработки следующего полупериода переменного тока тиристоры A и A ’закрываются. снова.Положительно заряженная сторона конденсатора теперь вызовет ток, чтобы прекратить протекать через тиристоры B и B ’, позволяя им повернуться выключенный. Ток снова течет через нагрузку в указанном направлении. на рис. 13. Частота контура определяется скоростью при котором SCR активируются. Частотно-регулируемый привод на 125 мощность показана на рис. 15.


Рис. 13 Ток протекает через тиристоры A и A ’.


Ил.14 Ток протекает через тиристоры B и B ’


Ил. 15 A 125 л.с. регулятор двигателя переменного тока переменной частоты.

Характеристики частотно-регулируемого управления


Рис. 16 Большинство частотно-регулируемых приводов обеспечивают ограничение тока и регулировку скорости.

Хотя основное назначение частотно-регулируемого привода - обеспечение управление скоростью двигателя переменного тока, большинство приводов обеспечивают функции, которые другие типы элементов управления - нет.Многие частотно-регулируемые приводы могут обеспечить характеристика крутящего момента на низкой скорости, которая так желательна для двигателей постоянного тока. это Эта функция позволяет двигателям переменного тока с короткозамкнутым ротором заменять двигатели постоянного тока. для многих приложений.

Многие частотно-регулируемые приводы также обеспечивают ограничение тока и автоматическое регулировка скорости двигателя.

Ограничение тока обычно достигается подключением трансформаторов тока к входу привода и обнаруживая увеличение тока по мере того, как нагрузка добавлен.Регулировка скорости осуществляется путем измерения скорости двигателя и передачи этой информации обратно в привод (рис. 16).

Еще одна особенность частотно-регулируемых приводов - ускорение и замедление. контроль, иногда называемый рампингом. Линейное изменение используется для ускорения или замедления. мотор в течение некоторого периода времени. Разгон позволяет двигателю приводить медленно набирать скорость, а не просто подключать двигатель напрямую к строке.

Даже если регулятор скорости установлен в максимальное положение при запуске кнопка нажата, линейное изменение заставляет двигатель разгонять нагрузку от от нуля до максимальной скорости вращения в течение нескольких секунд.Эта функция может быть настоящей преимущество для некоторых типов нагрузок, особенно для нагрузок зубчатой ​​передачи. В некоторых контроллеры, количество ускорения и время замедления можно регулировать путем установки потенциометров на главной плате управления (рис. 17). Другой контроллеры полностью управляются цифровым способом, а время разгона и замедления запрограммировано в памяти компьютера.

Некоторые другие настройки, которые обычно можно установить, меняя потенциометры. или программирование блока:

Current Limit : этот элемент управления устанавливает максимальное количество ток, который привод может подавать на двигатель.

Вольт на Герц: Устанавливает коэффициент увеличения напряжения как частота увеличивается или уменьшается с уменьшением частоты.

Максимум герц : Этот элемент управления устанавливает максимальную скорость мотор. Большинство двигателей предназначены для работы в диапазоне от 0 до 60 Гц, но некоторые приводы позволяют устанавливать выходную частоту выше 60 Гц, что позволит двигателю работать с более высокой скоростью, чем нормальная. Максимум Также можно установить управление герц, чтобы ограничить выходную частоту до определенного значения. менее 60 герц, что ограничит скорость двигателя до значения менее нормальный.

Минимум герц : Устанавливает минимальную скорость двигателя. разрешено бежать.

Некоторые частотно-регулируемые приводы позволяют регулировать ограничение тока, максимальную и минимальную скорость, время линейного изменения и т. Д. Путем регулировки подстроечных резисторов. расположен на главной плате управления. В других дисках используется микропроцессор. как контроллер. Значения ограничения тока, скорости, времени линейного изменения и т. Д. Для этих приводов запрограммированы в блоке и намного проще. сделать и обычно более точны, чем регулировка подстроечных резисторов.Программируемый частотно-регулируемый привод показан на рис. 18.


Рис.17 Некоторые частотно-регулируемые приводы допускают настройку путем внесения корректировок на главную панель управления.

ВИКТОРИНА:

1. Какова синхронная скорость шестиполюсного двигателя, работающего с приложенное напряжение 20 герц?

2. Почему необходимо снижать напряжение на двигателе, если частота уменьшен?

3.Если генератор переменного тока используется для обеспечения переменной частоты, как выходное напряжение генератора регулируется?

4. Какое твердотельное устройство обычно используется для производства переменной частоты? в приводах, предназначенных для управления двигателями мощностью до 500 лошадиных сил?

5. Почему тиристоры используются для создания мостовых выпрямителей во многих твердотельных частотно-регулируемые приводы?

6. В чем главный недостаток использования тиристоров с переменной частотой? водить машину?

7.Как переходные транзисторы доводятся до насыщения и в чем преимущество вождения транзистора в насыщение?

8. В чем заключается недостаток приведения переходного транзистора в состояние насыщения?

9. В чем преимущество IGBT перед переходным транзистором?

10. В преобразователях частоты, использующих IGBT, как на выходе напряжение на двигатель контролируется?

11. Какой тип двигателя обычно используется с приводами IGBT?

12.В чем основное различие между GTO и SCR?

13. Что такое тиристор?

14. После того, как SCR был включен, что нужно сделать, чтобы разрешить ему снова выключить?

15. Что подразумевается под «рампингом» и для чего он используется?


Илл.18 Программируемые частотно-регулируемые приводы позволяют устанавливать такие в качестве ограничения по току, вольт на Гц., макс. и мин. Гц., Ускорение и замедление быть запрограммированным в блок.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *