принцип работы, способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, видео
Автор Aluarius На чтение 4 мин. Просмотров 440 Опубликовано
Есть в электроустановках позиции, когда без электродвигателя, работающего на постоянном токе, не обойтись. Именно этот электромотор можно регулировать по скорости вращения ротора, что и требуется в электроустановках. Правда, у него масса недостатков, и одни из них – это быстрый износ щеток, если их установка была проведена с искривлением, да и срок их эксплуатации достаточно низок. При износе происходит искрение, поэтому такой движок во взрывоопасных и запыленных помещениях использовать нельзя. Плюс ко всему электродвигатель постоянного тока стоит дорого. Чтобы изменить данную ситуацию, используют асинхронный двигатель и частотный регулятор для асинхронного двигателя.
Практически по всем показателям электродвигатели, работающие на переменном токе, превосходят аналоги на постоянном.
А вот недостаток у них один – это сложность регулирования частоты вращения. В данном случае стандартные способы регулирования частоты асинхронных двигателей здесь не подойдут, а именно – изменения напряжения, установка сопротивления и так далее. Частотное управление асинхронным электрическим двигателем – была проблема номер один. Хотя теоретическая база известна аж с тридцатых годов прошлого столетия. Все дело упиралось в дороговизну частотного преобразователя. Все изменилось, когда изобрели микросхемы, с помощью которых через транзисторы стало возможным собрать преобразователь частоты с минимальной себестоимостью.
Принцип регулирования
Итак, способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя основано на одной формуле. Вот она внизу.
ω=2πf/p, где
- ω – угловая скорость вращения статора;
- f – частота входного напряжения;
- p – количество полюсных пар.
То есть, получается так, что изменить скорость вращения электродвигателя можно лишь путем изменения частоты напряжения. Что это дает на практике? Первое – это плавность работы мотора, особенно это будет чувствовать при пуске оборудования, когда сам двигатель работает под самыми высокими нагрузками. Второе – повышенное скольжение. За счет этого растет КПД, и снижаются потери мощностных характеристик.
Структура частотного регулятора
Все современные преобразователи частоты построены на принципе так называемого двойного преобразования. То есть, переменный ток преобразуется в постоянный через неуправляемый выпрямитель и фильтр.
В этом приборе на выходе устанавливаются силовые транзисторы. Они выполняют роль ключей. Если сравнивать их с тиристорами, то необходимо отметить, что первые вырабатывают сигнал в виде синусоиды. Именно данная форма создает минимальные искажения.
Принцип работы
Теперь сам принцип работы частотного преобразователя. Чтобы понять это, предлагаем разобрать рисунок ниже.
Принцип работыИтак, пройдемся по рисунку, где
- «В» – это неуправляемый силовой выпрямитель диодного типа.
- «АИН» – автономный инвертор.
- «СУИ ШИМ» – система широтно-импульсного управления.
- «САР» – система автоматического регулирования.
- «Св» – конденсатор фильтра.
- «Lв» – дроссель.
По схеме очень хорошо видно, что инвертор регулирует частоту напряжения за счет системы широтно-импульсного управления (оно высокочастотное). Именно эта часть регулятора отвечает за подключение обмоток статора электродвигателя попеременно то к положительному полюсу выпрямителя, то к отрицательному. Периодичность подключения к полюсам происходит по синусоидальной кривой. При этом частота импульсов определяется именно частотой ШИМ. Так и происходит частотное регулирование.
Заключение по теме
Как видите, данный способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя достаточно прост. Но и не только. Он позволяет уйти от ненадежных двигателей постоянного тока, перейти на более надежные виды электрического оборудования. К тому же структура прибора, основанная на современных методах преобразования электрического тока, сделала его дешевым и доступным.
Принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель изобретен достаточно давно и нашел широкое применение в различных областях благодаря простоте конструкции и надежности. Однако он имеет ряд недостатков, ключевыми из которых являются:
-
высокая пусковая мощность до момента выхода на рабочую частоту вращения;
-
низкий крутящий момент на старте;
-
квадратичная зависимость мощности от питающего напряжения;
-
предельная частота вращения для стандартной сети 50 Гц в 3000 об/мин.
Также штатно такой двигатель может работать только в одном направлении вращения. Все эти недостатки устраняются применением частотного преобразователя для управления асинхронным двигателем, использование которого обеспечивает:
-
плавный пуск и остановку;
-
возможность регулировки частоты вращения и повышение штатного числа оборотов в минуту;
-
смену направления вращения;
-
защиту двигателя от перегрузок и заклинивания оборудования;
-
точное поддержание заданной частоты вращения.
Несмотря на то, что это достаточно дорогостоящее оборудование, его применение оправдано как для решения промышленных задач, так и в быту, например, для управления насосом автономного водоснабжения или вентиляцией.
Как работает частотник для асинхронного двигателя
Несмотря на сложность схемотехнических решений, в том числе и с использованием микропроцессорного управления, принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя достаточно прост. Современные частотные преобразователи строятся по инверторной схеме с двойным преобразованием и работают по такому принципу:
-
входное одно- или трехфазное напряжение выпрямляется;
-
фильтруется от пульсаций и стабилизируется;
-
выпрямленное напряжение поступает на управляемые генераторы напряжения и частоты, которые формируют переменное выходное напряжение с заданными характеристиками;
-
режимом работы выходных генераторов управляет контроллер, построенный, как правило, на базе микропроцессора.
Таким образом, на вход питания двигателя подается не напряжение электросети с фиксированной частотой 50 Гц, а переменный ток с частотой, которую задает управляемый генератор частотного преобразователя. При этом частотник управляет не только частотой, но и напряжением, поэтому обеспечивается стабильный режим работы двигателя. В системе управления предусмотрена обратная связь, которая контролирует параметры выходного напряжения и его частоты на соответствие заданным. Также современные преобразователи могут иметь внешнюю обратную связь, которая контролирует параметры работы системы с асинхронным двигателем и оперативно изменяет режим его работы для поддержания, например, давления в системе подачи воды или скорости движения транспортера на заданном уровне.
Потери на такое двойное преобразование у современных частотников составляют всего несколько процентов, а те возможности, которые они предоставляют по управлению электроприводами, значительно расширяют сферу применения асинхронных двигателей.
вернуться в блог
Частотное регулирование однофазного асинхронного двигателя
Частотное управление электроприводами активно развивается и все чаще можно услышать о новом методе управления, или улучшенном частотнике, или о внедрении частотного электропривода в какой-то сфере, где ранее никто и подумать не мог что это возможно. Но это факт!
Если мы внимательно рассмотрим электродвигатели, к которым применяют частотное регулирование – то это асинхронные или синхронные трехфазные двигатели. Существует несколько разновидностей преобразователей частоты. Но ведь есть и однофазные асинхронные машины, почему прогресс не касается их? Почему частотное управление не применяют так активно к однофазным машинам? Давайте рассмотрим.
Принцип работы однофазной асинхронной машины
При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:
на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма
Основные виды однофазных электроприводов
Как упоминалось однофазный двигатель не может развивать пусковой момент, следствием чего становится невозможность его самостоятельного запуска. Для этого придумали несколько способов компенсации магнитного поля противоположного по знаку основному.
Двигатели с пусковой обмоткой
В данном способе пуска кроме основной обмотки Р, имеющей фазную зону 1200, на статор наматывают еще и пусковую П, которая имеет фазную зону 600. Также пусковая обмотка сдвигается относительно рабочей на 900 электрических. Для того, чтоб создать фазовый сдвиг между токами обмоток Iр и Iп последовательно в пусковую обмотку подключают элемент, приводящий к сдвигу фаз ψ (фазосдвигающее сопротивление Zп):
Где: а) схема подключения машины, б) векторные диаграммы при использовании различных сопротивлений.
Наилучшими условиями для пуска будет включения конденсатора в пусковую обмотку. Но поскольку емкость конденсатора довольно велика, соответственно и его стоимость и габариты тоже возрастают. Зачастую его применяют для получения повышенного момента для пуска. Пуск с помощью индуктивности имеет наихудшие показатели и в настоящее время не используется. Довольно часто могут применять запуск с помощью активного сопротивления, при этом пусковую обмотку делают с повышенным активным сопротивлением. После запуска электродвигателя пусковая обмотка отключается. Ниже показаны схемы включений и их пусковые характеристики:
Где: а,б) двигатели с пусковой обмоткой, в,г) конденсаторные
Конденсаторный двигатель
Данный тип электродвигателя имеет две рабочие обмотки, в одну из которых подключают рабочую емкость Ср. Данные обмотки сдвинуты относительно друг друга на 900 электрических и имеют фазные зоны тоже 900. При этом мощности обеих обмоток равны, но их токи и напряжения различны, также различны количества витков. Иногда величины конденсатора рабочего не достаточно для формирования нужного пускового момента, поэтому параллельно ему могут вешать пусковой, как это показано на рисунке выше. Схема приведена ниже:
Где: а) схема конденсаторного электродвигателя, б) его векторная диаграмма
В данном типе однофазных машин коэффициент мощности cosφ даже выше чем у трехфазных. Это объясняется наличием конденсатора. КПД такого электродвигателя выше, чем однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой.
Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей
Итак, все чаще появляются предложения частотных преобразователей, которые могут управлять однофазными асинхронными машинами. В силу того что частотники предназначены для работы с трехфазными машинами, то для регулирования оборотов однофазной машинами необходим особый вид частотного преобразователя. Это обусловлено тем, что трехфазные и однофазные машины имеют немного разный принцип работы. Давайте рассмотрим схему включения, которую предоставляет один из официальных производителей частотных преобразователей для однофазных машин:
Это схема прямого подключения. Где: Ф-фаза питающего напряжения, N-нейтральный проводник, L1, L2 – обмотки двигателя, Ср – рабочий конденсатор.
А вот схема подключения преобразователя:
Как мы можем видеть, конденсатор при включении данной схемы отключается. Обмотка L1 переключается к выходу преобразователя фазы А, а L2 к В. Общий провод подключается к выходу С. Тем самым мы фактически получили двухфазную машину. Фазовый сдвиг теперь будет реализовывать частотный преобразователь, а не конденсатор. На выходе преобразователя будет обычное трехфазное напряжение.
Данный способ частотного регулирования трудно назвать однофазным, так как при питания двигателя от сети напрямую необходимо опять восстанавливать схему с конденсатором. Более того, этот способ регулирования частоты НЕ ПОДХОДИТ для машин с пусковой обмоткой, так как сопротивление рабочей и пусковой обмотки не равны, появится асимметрия.
Можем сделать вывод, что данный вид частотного регулирования подходит не всем электродвигателям, а только конденсаторным. Более того, при такой схеме подключения необходимо провести переподключение обмоток внутри электродвигателя (в коробке выводов электродвигателя), что после переподключения не позволит работать ему от сети напрямую. Поэтому если вы собираетесь питать электродвигатель от однофазной сети через частотник, то, может быть стоит купить преобразователь, который питается от однофазной сети, а двигатель обычный, трехфазный. Это лучше с точки зрения работы самой машины, также отсутствуют переделки внутри электрической машины. Если вы собираетесь таким образом модернизировать систему, то внимательно изучите характеристики электродвигателя, преобразователя, чтоб избежать пустой траты средств или выхода из строя элементов системы.
Частотные преобразователи для асинхронных двигателей
Созданный в конце XIX столетия, трёхфазный асинхронный двигатель стал незаменимой составляющей современного промышленного производства.
Для плавного пуска и остановки такого оборудования требуется специальное устройство – преобразователь частоты. Особо актуально наличие преобразователя для крупных двигателей с большой мощностью. С помощью этого дополнительного устройства можно регулировать пусковые токи, то есть, контролировать и ограничивать их величину.
Принцип работы частотного преобразователя
Если регулировать пусковой ток исключительно механическим способом, не удастся избежать энергетических потерь и уменьшения срока службы оборудования. Показатели этого тока в пять-семь раз превышают номинальное напряжение, что недопустимо для нормальной работы оборудования.
Принцип работы современного преобразователя частоты подразумевает использование электронного управления. Они не только обеспечивают мягкий пуск, но и плавно регулируют работу привода, придерживаясь соотношения между напряжением и частотой строго по заданной формуле.
Основное преимущество устройства – экономия в потреблении электроэнергии, составляющая в среднем 50%. А также возможность регулировки с учётом потребностей конкретного производства.
Устройство функционирует по принципу двойного преобразования напряжения.
- Напряжение сети выпрямляется и фильтруется системой конденсаторов.
- Затем в работу вступает электронное управление – образуется ток с указанной (запрограммированной) частотой.
На что обратить внимание при выборе?
Производители делают упор на стоимость преобразователя. Поэтому многие опции доступны только у дорогих моделей. При выборе устройства следует определиться с основными требованиями для конкретного использования.
- Управление может быть векторным или скалярным. Первое даёт возможность точной регулировки. Второе лишь поддерживает одно, заданное соотношение между частотой и напряжением на выходе и подходит только для простых приборов, вроде вентилятора.
- Чем выше указанная мощность, тем универсальнее будет устройство — обеспечится взаимозаменяемость и упростится обслуживание оборудования.
- Диапазон напряжения сети должен быть максимально широким, что обезопасит при перепадах его норм. Понижение не так опасно для устройства, как повышение. При последнем — вполне могут взорваться сетевые конденсаторы.
- Частота должна полностью соответствовать потребностям производства. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости привода. Если нужен более широкий, потребуется векторное управление. На практике применяются частоты от 10 до 60 Гц, реже до 100Гц.
- Управление осуществляется через различные входы и выходы. Чем их больше, тем лучше. Но большее количество разъёмов существенно увеличивает стоимость устройства и усложняет его настройку. Дискретные входы (выходы) используются для ввода команд управления и выхода сообщений о событиях (например, о перегреве), цифровые – для ввода сигналов цифровых датчиков (высокочастотных), аналоговые – для ввода сигналов обратной связи.
- Шина управления подключаемого оборудования должна совпадать с возможностями схемы частотного преобразователя асинхронного двигателя по количеству входов и выходов. Лучше иметь небольшой запас для модернизации.
- Перегрузочные способности. Оптимален выбор устройства с мощностью на 15% больше мощности используемого двигателя. В любом случае нужно прочесть документацию. Производители указывают все основные параметры двигателя. Если важны пиковые нагрузки, следует выбрать преобразователь с показателем пикового тока на 10% больше указанного.
Сборка преобразователя частоты для асинхронного двигателя своими руками
Собрать инвертор или преобразователь можно самостоятельно. В настоящее время в сети находится множество инструкций и схем такой сборки.
Основная задача – получить «народную» модель. Дешёвую, надёжную и рассчитанную на бытовое применение. Для работы оборудования в промышленных масштабах, конечно, лучше отдать предпочтение устройствам, реализуемым магазинами.
Порядок действий по сборке схемы частотного преобразователя для электродвигателя
- Обмотки двигателя соединяются треугольником.
- Для сборки частотного преобразователя для однофазного двигателя нужны: IR2135(IR2133) – драйвер трёхфазного моста, AT90SPWM3B – микроконтроллёр (используется как генератор PWM), программатор (например, AVReAl), шесть штук транзисторов IRG4BC30W, ЖКИ индикатор, шесть кнопок.
- Преобразователь состоит из двух плат. К первой крепится блок питания, драйвер. Также здесь размещаются транзисторы и силовые клеммы.
- На второй устанавливается микроконтроллёр и индикатор. Между собой платы объединяются гибким шлейфом.
- Импульсный блок питания своими руками собирается по стандартной схеме.
- Для управления двигателем не требуется внешнее управление током. Но можно установить микросхему дополнительно (IL300), создав линейную развязку.
- Диодный мост вместе с транзисторами крепятся на общий радиатор.
- Оптроны ОС2-4 используются для дублирования кнопок управления. ОС-1 предназначен для пользовательских функций (сигнализации и т.п.)
- Трансформатор устанавливать на однофазный частотный преобразователь для электродвигателя не обязательно. Допустимо воспользоваться токовым шунтом, представляющим собой четыре витка манганинового провода с сечением 0,5 миллиметров на оправе 3 миллиметра. Усилитель DA-1 можно подключить к этому же шунту.
- Двигателю на 400Вт не потребуется термодатчик. Для измерения напряжения сети может использоваться DA-1-2 (усилитель).
- Кнопки изолируются пластмассовыми толкателями, для управления используется опторазвяка.
Регулировка вращения ротора двигателя вмещается в диапазон частоты 1:40. Для малых частот необходимо фиксированное напряжение (IR компенсация).
Подключение частотного преобразователя к электродвигателю
Для однофазной проводки на 220В (использования в домашних условиях) подключение осуществляется по схеме «треугольник». Выходной ток не должен превышать 50% от номинального!
Для трёхфазной проводки на 380В (промышленного использования) подключение двигателя к частотному преобразователю осуществляется по схеме «звезда».
Преобразователь (или инвертор) имеет соответствующие клеммы, помеченные буквами.
- R, S, T– сюда подключаются провода сети, очерёдность не имеет значения;
- U , V , W – для включения асинхронного двигателя (если двигатель вращается в обратную сторону, нужно поменять местами любой из двух проводов на этих клеммах).
- Отдельно предусмотрена клемма для заземления.
Рекомендации по обслуживанию электрооборудования
Для продления срока эксплуатации преобразователя необходимо соблюдать следующие правила:
- Регулярно очищать внутренности устройства от пыли (лучше выдувать её небольшим компрессором, так как пылесос с загрязнением не всегда справится – пыль уплотняется).
- Своевременно заменять узлы. Электролитические конденсаторы рассчитаны на пять лет, предохранители на десять лет эксплуатации. А вентиляторы охлаждения на два-три года использования. Внутренние шлейфы следует заменять раз в шесть лет.
- Контролировать внутреннюю температуру и напряжение на шине постоянного тока. Повышение температур приводит к засыханию термопроводящей пасты и разрушению конденсаторов. На силовых компонентах привода её следует менять ни реже одного раза в три года.
- Придерживаться условий эксплуатации. Температура окружающей среды не должна превышать +40 градусов. Недопустима высокая влажность и запылённость воздуха.
Управление асинхронным мотором (например, как подключить трёхфазный электродвигатель в сеть 220в) – довольно сложный процесс. Преобразователи, изготовленные кустарно, дешевле промышленных аналогов и вполне подходят для использования в бытовых целях. Однако для применения на производстве предпочтительнее установить инверторы, собранные в заводских условиях. Обслуживание таких дорогих моделей под силу только хорошо обученному техническому персоналу.
Комментарии для подключения частотника к двигателю на видео
Выбор и расчет частотного преобразователя
- Личный кабинет
- Доставка и оплата
- Гарантии и возврат
- Реквизиты Гекомс
- Главная
- Оборудование
- Частотные преобразователи
- Allen Bradley
- PowerFlex 4
- PowerFlex 4M
- PowerFlex 40
- PowerFlex 400
- PowerFlex 523
- PowerFlex 525
- PowerFlex 700
- PowerFlex 753
- PowerFlex 755
- ABB
- ACS580
- ACS310
- Danfoss
- Danfoss FC 51
- Danfoss FC 101
- Danfoss FC 102
- Danfoss FC 202
- Danfoss FC 302
- ESQ
- ESQ 210
- ESQ 600
- ESQ 760
- ESQ 500
- ESQ A500
- INSTART
- INSTART FCI
- INSTART MCI
- INSTART SDI
- Schneider Electric
- Altivar 31
- Altivar 71
- Altivar 212
- Altivar 312
- Altivar 320
- Altivar 610
- Altivar 630
- Altivar 650
- Altivar 930
- Siemens
- Sinamics V20
- Sinamics G120
- Sinamics G120C
- Sinamics G120X
- Sinamics S120
- Sinamics G130
- Sinamics G150
- Sinamics S150
- Sinamics G180
- Hyundai
- Hyundai N700E
- Силиум
- Силиум SL9
- Allen Bradley
- Устройства плавного пуска
- Allen Bradley
- SMC 3
- SMC Flex
- Schneider Electric
- Altistart 22
- Altistart 48
- Altistart 01
- INSTART
- INSTART SBI
- INSTART SSI
- ESQ
- ESQ GS7
- Siemens
- SIRIUS 3RW30
- SIRIUS 3RW40
- SIRIUS 3RW44
- Силиум
- Силиум EM-GJ3
- Allen Bradley
- Контроллеры
- Allen Bradley
- MicroLogix
- CompactLogix 1769
- ControlLogix 1756
- Siemens
- B&R
- Allen Bradley
- Нагреватели канальные НКМУ Ex
- КИПиА
- Dwyer instruments
- Тепловое оборудование
- Электродвигатели
- Коммутация
- Finder
- Siemens
- Шкафы
- Rittal
- Частотные преобразователи
- Услуги
- Проектирование
- Программирование ПЛК
- Блог
- Сертификаты
- О компании
- Контакты
- В Магазин
- 0
Искать:
0 Меню Закрыть- Главная
- Оборудование
- Частотные преобразователи
- Allen Bradley
- PowerFlex 4
- PowerFlex 4M
- PowerFlex 40
- PowerFlex 400
- PowerFlex 523
- PowerFlex 525
- PowerFlex 700
- PowerFlex 753
- PowerFlex 755
- ABB
- ACS580
- ACS310
- Danfoss
- Danfoss FC 51
- Danfoss FC 101
- Danfoss FC 102
- Danfoss FC 202
- Danfoss FC 302
- ESQ
- ESQ 210
- ESQ 600
- ESQ 760
- ESQ 500
- ESQ A500
- INSTART
- INSTART FCI
- INSTART MCI
- INSTART SDI
- Schneider Electric
- Altivar 31
- Altivar 71
- Altivar 212
- Altivar 312
- Altivar 320
- Altivar 610
- Altivar 630
- Altivar 650
- Altivar 930
- Siemens
- Sinamics V20
- Sinamics G120
- Sinamics G120C
- Sinamics G120X
- Sinamics S120
- Sinamics G130
- Sinamics G150
- Sinamics S150
- Sinamics G180
- Hyundai
- Hyundai N700E
- Силиум
- Силиум SL9
- Allen Bradley
- Устройства плавного пуска
- Allen Bradley
- SMC 3
- SMC Flex
- Schneider Electric
- Altistart 22
- Altistart 48
- Altistart 01
- INSTART
- INSTART SBI
- INSTART SSI
- ESQ
- ESQ GS7
- Siemens
- SIRIUS 3RW30
- SIRIUS 3RW40
- SIRIUS 3RW44
- Силиум
- Силиум EM-GJ3
- Allen Bradley
- Контроллеры
- Allen Bradley
- MicroLogix
- CompactLogix 1769
- ControlLogix 1756
- Siemens
- B&R
- Allen Bradley
- Нагреватели канальные НКМУ Ex
- КИПиА
- Dwyer instruments
- Тепловое оборудование
- Электродвигатели
- Коммутация
- Finder
- Siemens
- Шкафы
- Rittal
- Частотные преобразователи
- Услуги
- Проектирование
- Программирование ПЛК
- Блог
- Сертификаты
- О компании
- Контакты
- В Магазин
- 0
Cпособы регулирования скорости асинхронного двигателя
Асинхронные двигатели переменного тока являются самыми применяемыми электродвигателями абсолютно во всех хозяйственных сферах. В их преимуществах отмечается конструктивная простота и небольшая цена. При этом немаловажное значение имеет регулирование скорости асинхронного двигателя. Существующие способы показаны ниже.
Согласно структурной схеме скоростью электродвигателя можно управлять в двух направлениях, то есть изменением величин:
- скорость электромагнитного поля статора;
- скольжение двигателя.
Первый вариант коррекции, используемый для моделей с короткозамкнутым ротором, осуществляется за счет изменения:
- частоты,
- количества полюсных пар,
- напряжения.
В основе второго варианта, применяемого для модификации с фазным ротором, лежат:
- изменение напряжения питания;
- присоединение элемента сопротивления в цепь ротора;
- использование вентильного каскада;
- применение двойного питания.
Вследствие развития силовой преобразовательной техники на текущий момент в широком масштабе изготовляются всевозможные виды частотников, что определило активное применение частотно-регулируемого привода. Рассмотрим наиболее распространённые методы.
Частотное регулирование
Всего десять лет назад в торговой сети регуляторов частоты вращения скорости ЭД было небольшое количество. Причиной тому служило то, что тогда ещё не производились дешёвые силовые высоковольтные транзисторы и модули.
На сегодня частотное преобразование – самый распространённый способ регулирования скорости двигателей. Трёхфазные преобразователи частоты создаются для управления 3-фазными электродвигателями.
Однофазные же двигатели управляются:
- специальными однофазными преобразователями частоты;
- 3-фазными преобразователями частоты с устранением конденсатора.
Схемы регуляторов оборотов асинхронного двигателя
Для двигателей повседневного предназначения легко можно выполнить необходимые расчеты, и своими руками произвести сборку устройства на полупроводниковой микросхеме. Пример схемы регулятора электродвигателя приведён ниже. Такая схема позволяет добиться контроля параметров приводной системы, затрат на техническое обслуживание, снижения потребления электричества наполовину.
Принципиальная схема регулятора оборотов вращения ЭД для повседневных нужд значительно упрощается, если применить так называемый симистор.
Обороты вращения ЭД регулируются с помощью потенциометра, определяющего фазу входного импульсного сигнала, открывающего симистор. На изображении видно, что в качестве ключей применяются два тиристора, подключённых встречно-параллельно. Тиристорный регулятор оборотов ЭД 220 В достаточно часто применяется для регулирования такой нагрузки, как диммеры, вентиляторы и нагревательная техника. От оборотов вращения асинхронного ЭД зависят технические показатели и эффективность работы двигательного оборудования.
Заключение
На технорынке сегодня предлагаются в большом ассортименте регуляторы и частотные преобразователи для асинхронных электродвигателей переменного тока.
Управление способом варьирования частоты на данный момент – самый оптимальный способ, т. к. он позволяет плавно регулировать скорость асинхронного ЭД в широчайшем диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей.
Тем не менее, на основе расчёта, можно самостоятельно собрать простое и эффективное устройство с регулированием оборотов вращения однофазных электродвигателей с помощью тиристоров.
Привод асинхронного двигателя с полевым управлением (FOC), модель
Реализация модели привода асинхронного двигателя с полевым управлением (FOC)
Библиотека
Simscape / Электрооборудование / Специализированные силовые системы / Электроприводы / приводы переменного тока
Описание
Блок привода индукционного двигателя с полевым управлением представляет стандарт векторный или роторный управляемый привод для асинхронных двигателей.Этот привод имеет регулирование скорости с обратной связью на основе косвенного или прямого векторного управления. Скорость контур управления выдает эталонный электромагнитный момент и поток ротора машины. В опорные прямые и квадратурные (dq) составляющие тока статора, соответствующие управляемые поток и крутящий момент ротора выводятся на основе стратегии косвенного векторного управления. В затем используются опорные компоненты dq тока статора для получения требуемых стробирующих сигналов. для инвертора через гистерезисный или ШИМ-регулятор тока.
Основным преимуществом этого привода по сравнению с приводами с скалярным управлением является его быстрая динамика. ответ. Внутренний эффект связи между крутящим моментом и магнитным потоком в машине регулируется. за счет развязки (ориентации потока ротора) управления, что позволяет моменту и потоку быть контролируется независимо. Однако из-за сложности вычислений реализация этого Привод требует быстрых вычислительных процессоров или DSP.
Примечание
В Simscape ™
Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems, индукционное управление с ориентацией на поле
Блок моторного привода обычно называют моторным приводом AC3
.
Блок привода индукционного электродвигателя с полевым управлением использует эти блоки из библиотеки Electric Drives / Fundamental Drive Blocks:
Замечания
Модель дискретная. Хорошие результаты моделирования были получены с 2 µ с временным шагом. Для моделирования устройства цифрового контроллера система управления имеет два разных времени выборки:
Время выборки регулятора скорости должно быть кратно времени выборки FOC. В последнее время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования.Среднее значение инвертор позволяет использовать большие временные шаги моделирования, поскольку он не генерирует малое время постоянные (из-за демпферов RC), присущие детализированному преобразователю. Для времени выборки ВОК 60 мкс, хорошие результаты моделирования были получены для временного шага моделирования 60 мкс. Этот временной шаг не может быть больше, чем временной шаг FOC.
Параметры
Общие
- Режим выходной шины
-
Выберите способ организации выходных переменных.Если вы выберете
Multiple выходные шины
(по умолчанию), блок имеет три отдельные выходные шины для двигателя, преобразователь и переменные контроллера. Если вы выберетеSingle output шина
, все переменные выводятся на одну шину. - Уровень детализации модели
-
Выберите между детальным инвертором и инвертором среднего значения. По умолчанию
Детальный
. - Механический вход
-
Выберите между крутящим моментом нагрузки, скоростью двигателя и механическим портом вращения, как механический ввод.По умолчанию
Torque Tm
.Если вы выбираете и применяете крутящий момент нагрузки, выходом будет скорость двигателя в соответствии с следующее дифференциальное уравнение, описывающее динамику механической системы:
Эта механическая система включена в модель двигателя.
Если вы выберете скорость двигателя в качестве механического входа, вы получите электромагнитный крутящий момент как выходной, что позволяет вам представить динамику механической системы извне. В внутренняя механическая система не используется с этим выбором механического входа и инерцией и параметры вязкого трения не отображаются.
Для механического вращающегося порта порт подключения S считается механическим. ввод и вывод. Это позволяет напрямую подключаться к среде Simscape. Механическая система двигателя также включена в привод. и основан на том же дифференциальном уравнении.
См. Механическое соединение двух моторных приводов.
- Использовать шину в качестве меток
-
Когда вы установите этот флажок,
Motor
,Conv
, иCtrl
измерительные выходы используют имена сигналов для идентификации шины этикетки.Выберите этот вариант для приложений, в которых на этикетках сигналов шины должны быть только буквенно-цифровые символы.Когда этот флажок снят (по умолчанию), выход измерения использует сигнал определение для идентификации меток шины. Этикетки содержат не буквенно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink ® .
- Установить без датчика
-
При установке этого флажка скорость двигателя оценивается по напряжениям на клеммах и токи на основе метода адаптивной системы привязки к модели (MRAS).В Вкладка Sensorless содержит параметры контроллера оценки.
Когда этот флажок снят, скорость двигателя измеряется внутренней скоростью. sensor, а вкладка Sensorless не отображается на маске блока.
Вкладка Asynchronous Machine
Вкладка Asynchronous Machine отображает параметры Блок Asynchronous Machine библиотеки Fundamental Blocks (powerlib).
Преобразователии вкладка шины постоянного тока
Секция выпрямителяСекция выпрямителя преобразователей и постоянного тока На вкладке Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотека Fundamental Blocks (powerlib).Подробнее об универсальном мосту параметры, см. справку по универсальному мосту страница.
Секция шины постоянного тока- Емкость
-
Емкость шины постоянного тока (F). По умолчанию
2000e-6
.
- Сопротивление
-
Сопротивление тормозного прерывателя, используемое для предотвращения перенапряжения шины во время двигателя замедление или когда крутящий момент нагрузки стремится ускорить двигатель (Ом).По умолчанию
8
. - Частота прерывателя
-
Частота тормозного прерывателя (Гц). По умолчанию
4000
. - Напряжение включения
-
Динамическое торможение активируется, когда напряжение на шине достигает верхнего предела полоса гистерезиса (V). На следующем рисунке показана логика гистерезиса тормозного прерывателя. По умолчанию
320
. - Напряжение отключения
-
Динамическое торможение отключается, когда напряжение на шине достигает нижнего предела полоса гистерезиса (V).Логика гистерезиса чоппера показана на следующем рисунке. По умолчанию
310
.
Секция инвертора Секция преобразователей и постоянного тока На вкладке Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотека Fundamental Blocks (powerlib). Подробнее об универсальном мосту параметры, см. справку по универсальному мосту страница.
Преобразователь среднего значения использует следующие параметры.
- Частота источника
-
Частота источника трехфазного напряжения (Гц). По умолчанию
60
. - Сопротивление в открытом состоянии
-
Сопротивление переключателей инвертора в открытом состоянии (Ом). По умолчанию
1д-3
.
Вкладка «Контроллер»
- Тип регулирования
-
Это всплывающее меню позволяет выбирать между регулировкой скорости и крутящего момента.По умолчанию
Регулировка скорости
. - Тип модуляции
-
Выберите гистерезисную или пространственно-векторную модуляцию. Тип модуляции по умолчанию -
Гистерезис
. - Схема
-
Когда вы нажимаете эту кнопку, появляется диаграмма, показывающая регуляторы скорости и тока схемы появляется.
- Рампы скорости - ускорение
-
Максимальное изменение скорости, допустимое во время разгона двигателя (об / мин / с).Чрезмерно Большое положительное значение может вызвать пониженное напряжение в шине постоянного тока. Этот параметр используется в скорости только режим регулирования. По умолчанию -
900
. - Рампы скорости - замедление
-
Максимальное изменение скорости, допустимое во время замедления двигателя (об / мин / с). Чрезмерно большое отрицательное значение может вызвать перенапряжение шины постоянного тока. Этот параметр используется в скорости только режим регулирования. По умолчанию
-900
. - Частота отсечки скорости
-
Частота отсечки фильтра нижних частот первого порядка измерения скорости (Гц).Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию
1000
. - Время выборки регулятора скорости
-
Время выборки регулятора скорости (с). Время выборки должно быть кратным шаг по времени моделирования. По умолчанию
100e-6
. - ПИ-регулятор - Пропорциональное усиление
-
Пропорциональное усиление регулятора скорости. Этот параметр используется при регулировании скорости. только режим.По умолчанию
300
. - ПИ-регулятор - интегральное усиление
-
Интегральное усиление регулятора скорости. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости. только. По умолчанию
2000
. - Пределы выходного крутящего момента - отрицательные
-
Максимальный отрицательный требуемый крутящий момент, прикладываемый к двигателю регулятором тока (Нм). По умолчанию
-1200
. - Пределы выходного крутящего момента - положительный
-
Максимальный положительный требуемый крутящий момент, прикладываемый к двигателю регулятором тока (Н.м). По умолчанию
1200
.
- Регулятор потока - пропорциональное усиление
-
Пропорциональное усиление регулятора потока. По умолчанию
100
. - Регулятор потока - интегральное усиление
-
Интегральное усиление регулятора потока. По умолчанию
30
. - Пределы выхода потока - отрицательный
-
Максимальный отрицательный выход регулятора потока (Wb).По умолчанию
-2
. - Пределы выходного потока - положительный
-
Максимальный положительный выход регулятора потока (Wb). По умолчанию
2
. - Частота среза фильтра нижних частот
-
Частота среза фильтра первого порядка оценки потока (Гц). По умолчанию
16
. - Время выборки
-
Время выборки контроллера FOC (с).Время выборки должно быть кратным шаг по времени моделирования. По умолчанию:
20e-6
. - Диапазон гистерезиса регулятора тока
-
Текущая полоса гистерезиса. Это значение представляет собой общую распределенную полосу пропускания. симметрично относительно текущей уставки (A) . По умолчанию
10
. На следующем рисунке показан случай, когда текущая уставка is * , а текущая полоса гистерезиса установлена на dx.Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.
- Максимальная частота коммутации
-
Максимальная частота коммутации инвертора (Гц). Этот параметр не используется при использовании инвертор среднего значения. По умолчанию
20000
. - Показать / скрыть автонастройку Control
-
Выберите, чтобы показать или скрыть параметры инструмента Autotuning Control.
- Желаемое демпфирование [дзета]
-
Укажите коэффициент демпфирования, используемый для расчета коэффициентов усиления Kp и Ki Блок регулятора скорости (AC). По умолчанию
0,9
. - Желаемое время отклика при 5% [Trd (sec)]
-
Укажите желаемое время установления блока регулятора скорости (AC). Это время, необходимое для того, чтобы реакция контроллера достигла и оставалась в пределах 5%. диапазон целевого значения.По умолчанию
0,1
. - Коэффициент пропускной способности (InnerLoop / SpeedLoop)
-
Укажите соотношение между полосой пропускания и собственной частотой регулятора. По умолчанию
30
. - Расчет коэффициентов усиления ПИ-регулятора
-
Расчет пропорционального усиления и Интегральное получить параметров регулятора скорости (AC) и Блоки полевого контроллера.Расчет основан на Желаемое демпфирование [zeta] , Желаемое время отклика @ 5% и Соотношение пропускной способности (InnerLoop / SpeedLoop) параметров. Вычисленные значения отображаются в маске блока Drive. Нажмите Примените или OK , чтобы подтвердить их.
Бездатчиковая вкладка
- Пропорциональное усиление
-
Укажите значение пропорционального усиления ПИ-регулятора, которое используется для настройки скорость двигателя.
По умолчанию
5000
. - Интегральное усиление
-
Укажите значение интегрального усиления ПИ-регулятора, которое используется для настройки скорость двигателя.
По умолчанию
50
. - Верхний - Верхний предел выхода
-
Укажите верхний предел выхода ПИ-регулятора.
По умолчанию
500
. - Нижний - нижний предел выхода
-
Укажите нижний предел выхода ПИ-регулятора.
По умолчанию
-500
. - Время выборки контроллера
-
Время выборки контроллера, в с. Время выборки должно быть кратно времени моделирования. шаг. По умолчанию -
2e-06
.
Блок входов и выходов
-
SP
-
Уставка скорости или крутящего момента. Заданное значение скорости может быть ступенчатой функцией, но скорость скорость изменения будет соответствовать рампе ускорения / замедления.Если момент нагрузки и скорости имеют противоположные знаки, ускоряющий момент будет суммой электромагнитного и моменты нагрузки.
-
Tm
илиWm
-
Механический вход: момент нагрузки (Tm) или скорость двигателя (Wm). Для механического ротационный порт (S), этот ввод удаляется.
-
A, B, C
-
Трехфазные клеммы моторного привода.
-
Wm
,Te
илиS
-
Механическая мощность: скорость двигателя (Wm), электромагнитный момент (Te) или механический ротационный порт (S).
Когда для параметра Режим выходной шины установлено значение Несколько выходные шины , блок имеет следующие три выходные шины:
-
Motor
-
Вектор измерения двигателя. Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя. с помощью блока Bus Selector.
-
Conv
-
Вектор измерения трехфазных преобразователей. Этот вектор содержит:
Обратите внимание, что все значения тока и напряжения мостов можно визуализировать с помощью блока мультиметра.
-
Ctrl
-
Вектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:
Когда для параметра Режим выходной шины установлено значение Одиночный выходная шина , блок группирует выходы Motor, Conv и Ctrl в одну шину вывод.
Технические характеристики моделиБиблиотека содержит набор параметров привода мощностью 3 и 200 л.с. Характеристики эти два диска показаны в следующей таблице.
Технические характеристики привода 3 л.с. и 200 л.с.
Привод 3 л.с. | Привод 200 л.с. | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Амплитуда | 220 В | 460 В | ||||
Частота | 60 Гц 601990
| Значения | ||||
Мощность | 3 л. С. | 200 л. | Напряжение | 220 В | 460 В |
Примеры
Пример ac3_example
иллюстрирует моделирование привода двигателя AC3
со стандартными условиями нагружения для детальных и средних моделей.
Ссылки
[1] Bose, B. K. Modern Power Electronics and AC Диски . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2002.
[2] Грелет Г. и Г. Клерк. Actionneurs électriques . Paris: Éditions Eyrolles, 1997.
[3] Krause, P.C. Анализ электрического Машины . Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.
Представлен в R2006a
ePanorama.net - Ссылки
Двигатели переменного тока
Двигатели переменного тока работают от источников переменного тока (AC).Магнитные поля обычно генерируются с помощью катушек на роторе и статоре, а движение поля происходит естественным образом в статоре из-за переменного характера входной мощности. Эти двигатели недороги в изготовлении и эксплуатации, надежны и обычно работают от стандартной сети. Частота источника питания определяет скорость двигателя переменного тока, поэтому при работе от сети скорость вращения всегда одинакова. Силовые приводы с регулируемой частотой управляют скоростью двигателей переменного тока, но такие приводы дороги.В различных отраслях промышленности используется множество электродвигателей. По оценкам, системы электроприводов потребляют более половины всей электроэнергии в Соединенных Штатах и более 70% всей электроэнергии в промышленных приложениях.
Для правильного применения необходимо разработать правильный двигатель. Вам нужен двигатель, который может выполнять необходимую работу (обеспечивает необходимую скорость и мощность), может питаться от источника питания, от которого вы хотите, чтобы он работал, мог работать в ваших условиях и не слишком дорог приложение (купить и поддерживать).Обычно вам необходимо знать рабочую мощность (напряжение, частоту, одно- или трехфазное), необходимый тип двигателя и необходимую мощность.
Асинхронный двигатель переменного тока является наиболее распространенным двигателем, используемым в промышленности и бытовых устройствах с питанием от сети. Асинхронные двигатели также иногда называют двигателями с короткозамкнутым ротором из-за появления ранних роторов. Этот тип двигателей является наиболее распространенным типом промышленных электродвигателей переменного тока, он прочен и не требует отдельного источника питания постоянного тока или контактных колец.Асинхронные двигатели переменного тока предлагают пользователям простую, прочную конструкцию и легкое обслуживание. Асинхронный двигатель переменного тока состоит из двух основных узлов - статора и ротора - и аналогичен трансформатору переменного тока с вращающейся вторичной обмоткой. Название двигателя происходит от переменного тока, который индуцируется в роторе вращающимся магнитным потоком, создаваемым в статоре. Крутящий момент двигателя создается за счет взаимодействия токов, протекающих в стержнях ротора, и вращающегося магнитного поля статора.
Магнитное поле вращается с синхронной скоростью, теоретической максимальной скоростью двигателя, при которой выходной крутящий момент отсутствует.В реальной работе скорость ротора всегда отстает от скорости магнитного поля. Типичные значения скольжения составляют 2-5% при рабочей скорости, но могут быть большими при запуске двигателя. Скольжение также увеличивается с нагрузкой. Фактическая скорость вращения асинхронного двигателя переменного тока зависит от конструкции двигателя. Направление вращения контролируется в соответствии с порядком подачи фаз на двигатель. Если вы измените порядок двух фазных проводов, вы можете изменить направление вращения.
Асинхронные двигатели доступны в чрезвычайно широком диапазоне размеров от очень маленьких единиц до сотен кВт.Некоторые общие входные напряжения составляют 230, 460 и до 575 В для работы 60 Гц (до 69
Асинхронные двигатели сервошпинделя переменного тока мощностью от 2,2 кВт до 100 кВт. (Диапазон крутящего момента от От 14 Нм до 636 Нм)
Технические характеристики серводвигателя переменного тока:
Примечания: 1. Специальные требования, принятые в соответствии с вашим Загрузить руководство пользователя для асинхронных двигателей с сервоприводом переменного тока |
Применение частотно-регулируемых приводов в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
1. Введение
Системы с электроприводом (EMDS) являются крупнейшими конечными потребителями электроэнергии и обеспечивают 43–46% всего мирового потребления электроэнергии [1]. В Соединенных Штатах системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и холодоснабжения потребляют 91% энергии, потребляемой двигателями, в жилом секторе и 93% в коммерческом секторе [2].Снижение ненужного потребления энергии - это самый прямой и эффективный способ повысить энергоэффективность здания. Постоянное развитие электроники и технологий управления значительно улучшает характеристики приводов с регулируемой скоростью. Приводы с регулируемой частотой (VFD) все чаще и чаще используются в отрасли HVAC. Они могут очень плавно регулировать скорость двигателя в широком диапазоне. Пониженная скорость двигателя приводит к значительному снижению мощности двигателя.
Как правило, частотно-регулируемый привод можно использовать в различных приложениях, где нагрузка переменная, например, в вентиляторах, насосах и компрессорах.Экономия энергии для вентиляторов и насосов составляет примерно 30–50% по сравнению с обычными скоростными приложениями и до 35% для компрессоров. В следующих разделах представлен принцип работы частотно-регулируемого привода и представлено его применение в системах HVAC. Наконец, обсуждаются текущие проблемы и опасения по поводу частотно-регулируемых приводов и предлагаются возможные решения.
2. Принципы
2.1. VFD
VFD - это электрическое устройство, используемое для управления скоростью вращения электродвигателя переменного тока (AC) путем регулирования частоты электроэнергии, подаваемой на двигатель.Его также называют приводом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), приводом с регулируемой скоростью (ASD), частотно-регулируемым приводом (AFD), приводом переменного тока, инверторным приводом [3] или приводом переменного напряжения и переменной частоты (VVVF).
Большинство частотно-регулируемых приводов, используемых в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, представляют собой инверторы, использующие синусоидальную технологию ШИМ. Как показано на рисунке 1, частотно-регулируемый привод работает путем преобразования входящей мощности переменного тока в мощность постоянного тока с помощью выпрямителя на диодном мосту, затем пропускания фильтрованного, сглаженного напряжения на инвертирующую секцию и, наконец, управления напряжением и частотой, подаваемыми на двигатель высокими значениями. быстродействующие биполярные транзисторы [4].
Рисунок 1.
Принципиальная схема частотно-регулируемого привода [4]
Выходное напряжение регулируется путем изменения ширины и количества импульсов напряжения, как показано на рисунке 2, тогда как выходная частота изменяется путем изменения длины. цикла.
Рис. 2.
Форма сигнала ШИМ с синусоидальной кодировкой [4]
ЧРП может обеспечить следующие преимущества:
-
Возможность плавного пуска снижает пусковой ток при запуске двигателей и тем самым снижает механическую нагрузку на двигатель и повышает надежность двигателя.
-
Бесступенчатое регулирование скорости двигателя электрически.
-
Значительно снижает энергопотребление двигателя при правильном управлении.
-
Повышает коэффициент мощности всей приводной системы, включая частотно-регулируемый привод и двигатели.
-
Характеристики систем измерения и контроля.
Эти преимущества способствуют широкому использованию частотно-регулируемых приводов в различных промышленных процессах, включая HVAC.Хотя оснащение частотно-регулируемого привода в новой или существующей системе увеличивает начальные инвестиции, снижение стоимости частотно-регулируемого привода в сочетании с повышенной экономией энергии, получаемой с помощью частотно-регулируемого привода, приводит к короткому периоду окупаемости, который обычно составляет менее трех лет.
2.2. Вентиляторы и насосы с регулируемой скоростью
Вентиляторы и насосы с регулируемой скоростью - это вентиляторы и насосы, оборудованные частотно-регулируемыми приводами. Поскольку их скорости меняются при изменении частоты питания, эти насосы и вентиляторы также называются вентиляторами и насосами с регулируемой частотой.Рабочие характеристики центробежных вентиляторов и насосов делают их отличными кандидатами для применения в ЧРП. Согласно законам сродства вентилятора и насоса, мощность вентилятора или насоса имеет кубическую зависимость от скорости двигателя. Следовательно, можно добиться значительной экономии энергии за счет снижения скорости двигателя с помощью соответствующих средств управления.
Переменные, связанные с производительностью вентилятора или насоса: диаметр рабочего колеса D , скорость вращения N , плотность газа / воды ρ , объемный расход Q , давление P , мощность Вт и механический КПД η .В типичном применении диаметр вентилятора или насоса постоянный. Расход воздуха или воды, напор вентилятора или насоса и мощность зависят исключительно от скорости. Эти отношения представлены следующими уравнениями [3] (где уравнения (1) и (2) обозначают два рабочих условия):
Уравнение (3) четко показывает, как изменение скорости влияет на изменение мощности. Например, снижение скорости на 50% теоретически приводит к снижению мощности на 87,5%. Существует несколько типов систем воздуха и воды, включая систему с регулируемым объемом воздуха с одним воздуховодом (SDVAV), систему с двумя каналами переменного объема воздуха (DDVAV), однозонную систему, многозонную систему, первичную и / или вторичную охлажденную воду системы и системы горячего водоснабжения.Для каждого типа системы требуется особая стратегия управления, а не фиксированная работа на низкой скорости без модуляции.
2.3. Компрессоры с регулируемой скоростью
Компрессоры с регулируемой скоростью или компрессоры с регулируемой частотой вращения - это компрессоры, оснащенные частотно-регулируемым приводом. В индустрии HVAC есть несколько типов компрессоров, связанных с холодильными системами: поршневые, винтовые, спиральные и центробежные. Все они являются жизнеспособными компонентами для приложения VFD. Обычно используемые рабочие среды включают воздух и хладагент.Воздушные компрессоры часто используются в промышленных процессах в качестве источника энергии для пневматических систем управления. Компрессоры хладагента обычно используются в кондиционерах, агрегатах кондиционирования воздуха (AHU) или чиллерах в жилых и коммерческих зданиях. Значительный прогресс в теоретических исследованиях и применении компрессоров с регулируемой скоростью был достигнут за последние тридцать лет. Еще в 1982 году Итами и др. [5] провели экспериментальное исследование производительности и надежности роторного компрессора и поршневого компрессора в сочетании с преобразователями частоты.В 1996 году Куреши и Тассу [6] представили обзор применения регулирования производительности с переменной скоростью в холодильных системах. Он отметил, что применение частотно-регулируемых приводов на компрессорах до сих пор в основном ограничивалось установками кондиционирования воздуха небольшой мощности, и лишь небольшое количество применений применялось к установкам средней мощности. По-прежнему требовалась дополнительная исследовательская работа. С тех пор были проведены обширные исследования применения приводов с регулируемой скоростью в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха [7–9].
В отличие от других типов компрессоров, центробежные компрессоры имеют такие же энергетические характеристики, как центробежные вентиляторы и насосы.Спиральный компрессор особенно подходит для частотно-регулируемого привода из-за его внутренней конструкции. Спиральные компрессоры и поршневые компрессоры являются наиболее часто используемыми типами для крышных агрегатов (RTU) и тепловых насосов (HP). Для большинства существующих компрессоров с постоянной скоростью наиболее целесообразным способом является установка частотно-регулируемого привода на компрессор. В последние годы некоторые производители оригинального оборудования (OEM) компрессоров, такие как Emerson и Danfoss, уже произвели компрессоры с регулируемой скоростью.Несколько крупных производителей систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, такие как Trane, Carrier, McQuay, Lennox, AAON, York и Emerson, начали оснащать компрессоры с регулируемой скоростью в своих новых продуктах, таких как RTU, HP, блоки кондиционирования воздуха в компьютерных залах (CRAC) или чиллеры. .
В отличие от вентиляторов и насосов, спиральные и поршневые компрессоры обычно не имеют кубической зависимости между мощностью и частотой. На рисунке 3 показана приблизительная линейная зависимость между мощностью и частотой для 5-тонного RTU со спиральным компрессором, основанная на экспериментальном исследовании [10].Это соотношение ясно показывает, как мощность компрессора изменяется с частотой. Линейная корреляция также полезна для разработки новой, более простой модели компрессора [11].
Рисунок 3.
Взаимосвязь между мощностью и частотой компрессора для 5-тонного RTU
3. Применение частотно-регулируемого привода
3.1. Пневматические системы
3.1.1. Однозонная система переменного объема воздуха (VAV)
Однозонная система VAV - это простейшая воздушная система. Система VAV в основном включает заслонки наружного и возвратного воздуха, фильтр, змеевики нагрева и охлаждения и приточный вентилятор.Некоторые блоки могут также иметь змеевик предварительного нагрева, байпасную заслонку и возвратный вентилятор. На рисунке 4 представлена типичная однозонная система VAV.
Рисунок 4.
Типичная однозонная система VAV
Обычно однозонная установка кондиционирования воздуха используется для регулирования температуры только в одном помещении. Традиционный метод заключается в объединении клапана охлаждения и нагрева для управления уставкой температуры охлаждения и нагрева помещения. Для приточного вентилятора, оснащенного частотно-регулируемым приводом, скорость вращения вентилятора может регулироваться для поддержания заданной температуры в помещении, тогда как клапаны охлаждающего и нагревательного змеевиков используются для регулирования температуры приточного воздуха (SAT).
Начиная с выпуска 2010 г. стандарта ASHRAE Standard 90.1 [12], были добавлены некоторые требования для управления однозонной системой VAV. Требовалось, чтобы однозонные кондиционеры и фанкойлы с охлаждающим змеевиком и приточным вентилятором с двигателем мощностью более 5 л.с. имели приточные вентиляторы, управляемые двухскоростными двигателями или частотно-регулируемым приводом. Аналогичным образом, все кондиционеры и блоки переменного тока с охлаждающим змеевиком прямого расширения (DX) и производительностью ≥110 000 БТЕ / ч, обслуживающие отдельные зоны, должны иметь свои приточные вентиляторы, управляемые двухскоростным двигателем или частотно-регулируемым приводом.Эти требования обязательны.
Существует множество успешных примеров использования частотно-регулируемых приводов для однозонных устройств в проектах. Ли и др. [13] применили технологию частотно-регулируемого привода к десятку однозонных систем, установив частотно-регулируемый привод на каждой из них. Они продемонстрировали, что установка частотно-регулируемых приводов на приточных вентиляторах в серии однозонных агрегатов может сэкономить гораздо больше энергии, чем запуск половины агрегатов на постоянной скорости и отключение оставшейся половины.
3.1.2. Одноканальная система VAV
Одноканальная система VAV - самая популярная система, которая включает в себя главный кондиционер, воздуховоды и несколько клеммных коробок.Приточно-вытяжные установки состоят из заслонки наружного воздуха и заслонки возвратного воздуха, фильтра, змеевика предварительного нагрева, охлаждающего змеевика и устройств безопасности. На рисунке 5 показана типичная система SDVAV.
Рис. 5.
Типичная одноканальная система VAV
В одноканальной системе VAV преобразователи частоты устанавливаются на приточный и возвратный вентилятор. Как правило, скорость приточного вентилятора регулируется для поддержания статического давления в воздуховоде на заданном уровне. По мере уменьшения нагрузки на систему скорость частотно-регулируемого привода уменьшается для поддержания той же уставки.Между тем, нет необходимости поддерживать постоянное значение уставки. При уменьшении нагрузки на систему требуется меньший поток воздуха для доставки в помещение. Уставка статического давления может быть сброшена для соответствия условиям. Эта уставка может быть сброшена в зависимости от скорости ЧРП или расхода воздуха приточного вентилятора [14].
Для обратного вентилятора существует несколько методов управления: регулирование скорости обратного вентилятора для поддержания (а) статического давления в обратном канале или (б) создания дифференциального давления. Однако эти средства управления ненадежны из-за измерения давления.Новый метод управления использует метод отслеживания объема для поддержания разницы в потоках воздуха между приточным и возвратным вентиляторами.
3.1.3. Двухканальная система VAV
Двухканальная система переменного расхода воздуха (DDVAV) обрабатывает горячий и холодный воздух отдельно и доставляет их через горячие и холодные воздуховоды. Горячий и холодный воздух смешиваются в клеммной коробке и затем поступают в помещение. Существует два типа систем DD: двухканальная система с одним вентилятором и двухканальная система с двумя вентиляторами. В первом есть приточный вентилятор, доставляющий поток воздуха как на горячую, так и на холодную палубу.У второго есть специальный вентилятор подачи в каждой колоде. Холодная дека включает охлаждающий змеевик, тогда как горячая палуба оборудована змеевиком с горячей водой или паром. На рисунке 6 представлена принципиальная схема системы DDVAV с одним вентилятором.
Рисунок 6.
Принципиальная схема системы DDVAV с одним вентилятором
В двухканальной системе VAV с одним вентилятором частотно-регулируемый привод устанавливается на приточный вентилятор. В двухканальной системе VAV с двумя вентиляторами и раздельными приточными вентиляторами для горячей и холодной палубы частотно-регулируемый привод устанавливается на каждый вентилятор.Если в этой системе также есть обратный вентилятор, на обратном вентиляторе также установлен ЧРП.
Обычно для двухканальной системы с одним вентилятором приточный вентилятор регулируется для поддержания статического давления холодной деки, тогда как главный демпфер горячей деки регулируется для поддержания заданного значения статического давления горячей деки. В двухканальной системе с двумя вентиляторами скорость каждого приточного вентилятора регулируется для поддержания собственной уставки статического давления. Аналогично, в одноканальной системе VAV скорость обратного вентилятора модулируется для поддержания разницы в потоках воздуха между приточным и возвратным вентиляторами.
Экономия энергии в двухканальной системе VAV часто достигается за счет регулирования скорости вращения вентилятора и сброса температуры приточного воздуха в воздуховоде. Лю и Кларидж [15] представили модели максимальной потенциальной экономии энергии за счет оптимизации графиков сброса горячего и холодного отсека, при которых можно ожидать 75% потенциальной экономии.
3.1.4. Многозонная система
Многозонная система обслуживает несколько зон, каждая из которых имеет свои собственные тепловые требования. Как и в двухканальной системе, в одной многозонной системе есть холодная и горячая палубы.Однако разница в том, что холодный воздух и горячий воздух смешиваются на выходе из вентиляционной установки перед доставкой в помещение, тогда как в двухканальной системе горячий и холодный воздух смешиваются в клеммных коробках. На рисунке 7 показана принципиальная схема типичной многозонной системы, в которой частотно-регулируемый привод установлен на приточном вентиляторе.
Рисунок 7.
Многозонная система VAV (три зоны)
В многозонной системе скорость приточного вентилятора модулируется для поддержания статического давления нагнетаемого воздуха или температуры в наихудшей зоне на заданном уровне.Заслонка регулируется для поддержания заданной температуры каждой зоны.
3.1.5. Система вытяжного воздуха
Система вытяжного воздуха часто связана с одним агрегатом обработки воздуха, агрегатом подпитки или агрегатом свежего воздуха. Система вытяжного воздуха применима для нескольких типов помещений, таких как кухни, кафетерии и лаборатории в больнице, и это лишь некоторые из них. Им требуется достаточно свежего воздуха и связанного с ним отработанного воздуха. Должен быть обеспечен надлежащий отвод отработанного воздуха для удовлетворения требований к давлению в здании или помещении.Поскольку воздушный поток, подаваемый приточно-вытяжной установкой, является переменным, поток отработанного воздуха регулируется соответствующим образом. На рисунке 8 показана система вытяжного воздуха, в которой частотно-регулируемый привод установлен на вытяжном вентиляторе.
В этой системе вытяжного воздуха частотно-регулируемый привод настроен на поддержание заданного значения давления всасываемого воздуха или разности потоков воздуха между приточным и вытяжным воздухом для поддержания необходимого давления в здании.
Рисунок 8.
Система вытяжного воздуха
3.2. Системы водоснабжения
Основные системы водоснабжения в системе ОВК включают систему охлажденной воды, систему конденсатора и систему горячего водоснабжения.Каждая система имеет специальные насосы, циркулирующие воду по замкнутому или разомкнутому контуру. В этих системах могут быть установлены частотно-регулируемые приводы, которые могут снизить потребление энергии насосом в условиях частичной нагрузки.
3.2.1. Система охлажденной воды и система конденсаторной воды
Система охлажденной воды и система конденсаторной воды - это две независимые системы в холодильной установке. На рисунке 9 показана типичная холодильная установка, состоящая из этих двух контуров. Система охлажденной воды включает один или несколько чиллеров, насосов охлажденной воды и охлаждающих змеевиков.Охлаждающие змеевики обычно располагаются в кондиционерах или фанкойлах. Существует два типа насосных систем: первичная система и первично-вторичная система. В первичной системе насос охлажденной воды обеспечивает циркуляцию охлажденной воды через испаритель чиллеров и охлаждающих змеевиков. В первично-вторичной системе есть два контура. Первичные насосы обеспечивают циркуляцию охлажденной воды только через чиллер, а вторичные насосы обеспечивают циркуляцию охлажденной воды по зданиям. Обычно используется одна байпасная труба, соединяющая первичный и вторичный водяные контуры.Было проведено множество исследований и тематических исследований, посвященных эффективности, надежности и оптимизации систем охлажденной воды первичного – вторичного или только основного контура [16–18]. Когда частотно-регулируемые приводы устанавливаются на насосы охлажденной воды, то, как эксплуатировать насосы с максимальной эффективностью для одного или нескольких насосов, является одной из тем исследования.
В системе с охлажденной водой, как показано на Рисунке 9, охлаждающая нагрузка каждого змеевика изменяется в разные зоны и время, что делает требуемый расход охлажденной воды переменным.Основные насосы настроены на поддержание перепада давления в контуре при одновременном поддержании минимального расхода воды, необходимого для чиллеров. Скорости вторичного насоса равны скоростям первичного насоса. По мере того как охлаждающая нагрузка здания уменьшается, требуемый расход охлажденной воды уменьшается. Уменьшение расхода насоса приводит к значительной экономии энергии насоса.
В системе водяного конденсата насос водяного конденсата обеспечивает циркуляцию конденсирующейся воды через конденсатор чиллеров и градирню.Когда частотно-регулируемый привод установлен на насос водяного конденсата, скорость насоса регулируется для поддержания перепада давления в контуре (Δ P ) или разницы температур (Δ T ).
Рис. 9.
Система охлажденной воды и конденсаторной воды
Кроме того, преобразователи частоты могут быть установлены на вентиляторах градирни. Скорость вентилятора оптимизирована для поддержания температуры конденсационной воды на выходе из градирни.
3.2.2. Система горячего водоснабжения
Система горячего водоснабжения обеспечивает подачу горячей воды от котлов или теплообменников к нагревательным змеевикам вентиляционных установок или распределительным коробкам внутри здания.В традиционном режиме водяные насосы работают на полной скорости. Клапаны отопления на конечных пользователях настроены для управления заданной температурой в воздушной зоне. На Рисунке 10 показана система горячего водоснабжения с ЧРП, установленная на первичном и вторичном насосах. После установки частотно-регулируемых приводов скорость вторичного насоса часто регулируется для поддержания разницы температур подачи и возврата или перепада давления в контуре. Скорость первичного насоса может соответствовать скорости вторичного насоса и должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить прохождение достаточного количества воды через котлы.
Рисунок 10.
Система горячего водоснабжения
3.3. Воздушные компрессоры
Сжатый воздух находит множество применений в производственном процессе. В индустрии HVAC воздушные компрессоры могут использоваться для генерации сжатого воздуха для привода пневматических приводов заслонок и клапанов в установках для обработки воздуха. Сжатый воздух хранится в резервуаре под давлением, который служит источником воздуха для конечных пользователей. Обычно давление в резервуаре поддерживается двухпозиционным управлением одним или несколькими воздушными компрессорами.На рисунке 11 показана принципиальная схема системы воздушного компрессора с ЧРП, установленным на каждом компрессоре.
Обычно ступенчатое регулирование используется для поддержания давления сжатого воздуха. Когда конечным пользователям требуется меньше сжатого воздуха, а давление сжатого воздуха выше заданного значения, компрессор отключается. Напротив, еще один компрессор запускается, когда конечный пользователь использует больше сжатого воздуха, и давление сжатого воздуха падает ниже заданного значения. Это неэффективное управление приводит к частым запускам-остановкам компрессора, что определенно сокращает срок службы компрессора.Однако, если установлен частотно-регулируемый привод, износ компрессоров будет меньше, что продлит их срок службы. Кроме того, снижается мощность компрессора.
Рисунок 11.
Воздушная компрессорная установка
3.4. Холодильные системы
Холодильные системы также являются хорошими кандидатами для использования с частотно-регулируемым приводом. Компрессор - это основное устройство, в котором частотно-регулируемый привод устанавливается в холодильном контуре. Типичные приложения включают RTU, HP, CRAC и чиллеры.
3.4.1. Установки на крыше
Установки на крыше - это один из типов унитарных воздухообрабатывающих агрегатов, предназначенный для использования вне помещений, обычно на крыше. Есть два типа конфигураций: блочный и раздельный. Типичный упакованный блок на крыше имеет систему охлаждения, доставляющую холодный воздух в помещение. Поэтому его также называют блоком прямого расширения (DX). Между тем, большинство RTU обеспечивают обогрев помещения с помощью газового или электрического обогревателя.
В RTU приточный вентилятор (или внутренний вентилятор) и компрессоры обычно работают с постоянной скоростью.В условиях частичной нагрузки из-за работы с постоянной скоростью потребляется чрезмерная мощность вентилятора и компрессора. При установке частотно-регулируемых приводов на вентиляторы и (или) компрессоры можно было значительно сэкономить на потребляемой мощности. Кроме того, компрессоры составляют большую часть потребляемой мощности RTU. С уменьшением скорости компрессора значительно снижаются как спрос, так и потребление энергии.
Рисунок 12.
Крышный одноступенчатый блок DX
Рисунок 12 представляет собой типичный одноступенчатый RTU.Приточный вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха через испаритель и нагреватель. Обычно приточный вентилятор и компрессор работают с постоянной скоростью. Первоначально частотно-регулируемый привод используется на приточном вентиляторе для регулирования скорости вентилятора и поддержания заданной температуры в помещении. Этот тип RTU можно назвать RTU переменной емкости. Позже частотно-регулируемый привод также используется в компрессоре. Скорость вращения вентилятора и компрессора можно регулировать для управления температурой помещения.
3.4.2. Агрегаты с тепловым насосом
Агрегаты с тепловым насосом очень похожи на RTU, поскольку в обеих системах используется система охлаждения.Однако тепловые насосы могут использовать систему охлаждения для производства тепла в качестве первой ступени. В более холодных погодных условиях включается дополнительный нагрев, чтобы обеспечить дополнительную теплопроизводительность.
Преобразователь частоты также может быть установлен на тепловых насосах. Принципиальная схема очень похожа на RTU, как показано на рисунке 12.
3.4.3. Установки кондиционирования воздуха компьютерных залов
Установки CRAC - это один из типов установок для кондиционирования воздуха, используемых для компьютерных залов или центров обработки данных. Блоки CRAC часто располагаются внутри центра обработки данных и обеспечивают охлаждение серверов.Типичный блок CRAC включает змеевик (и) прямого расширения, компрессоры, приточный вентилятор (ы), нагреватель (и) и увлажнитель (и).
Традиционный CRAC запускает вентиляторы и компрессоры с постоянной скоростью, что потребляет дополнительную мощность вентилятора и компрессора в условиях частичной нагрузки. Применение ЧРП преобразует блок CRAC в блок CRAC переменной производительности. ЧРП можно установить только на приточный вентилятор или на приточный вентилятор и компрессоры. Скорости приточного вентилятора и компрессора регулируются для поддержания заданной температуры помещения.
Центр обработки данных часто представляет собой здание, в котором преобладает охлаждение. Уменьшение скорости вращения вентилятора и компрессора позволяет значительно сэкономить мощность вентилятора и компрессора.
3.4.4. Чиллеры
Есть несколько способов регулирования холодопроизводительности системы. (1) Двухпозиционное управление: это самый простой способ управления производительностью, но он может вызывать частые короткие циклы компрессора, что отрицательно сказывается на производительности компрессора. (2) Контроль разгрузки: часто используется для поршневых компрессоров с несколькими цилиндрами.(3) Управление золотниковым клапаном: часто используется для винтового компрессора, который может регулировать мощность компрессора в широком диапазоне. (4) Байпас горячего газа: это неэффективный способ, поскольку используется смесь горячего и холодного хладагента. (5) Цифровой компрессор: разработан Emerson для спиральных компрессоров. Холодопроизводительность может варьироваться от 10% до 100%. (6) Компрессор с регулируемой скоростью: он обеспечивает плавное регулирование производительности системы в широком диапазоне и более энергоэффективен. Некоторые производители чиллеров уже производили чиллеры со спиральными компрессорами с регулируемой скоростью или с винтовыми компрессорами с регулируемой скоростью.
Для компрессора с частотно-регулируемым приводом скорость компрессора часто модулируется для поддержания заданного значения температуры приточной воды или приточного воздуха.
4. Применение частотно-регулируемого привода для обнаружения и диагностики неисправностей
Многие исследователи изучали функции обнаружения и диагностики неисправностей (FDD) в системах HVAC. Технология FDD - эффективный способ повысить надежность систем HVAC и снизить затраты на техническое обслуживание. Существует множество методов и стратегий на уровне оборудования и системном уровне FDD, включая AHU, RTU и т. Д.[19–21]. Практически все методы основываются на измерениях операций системы, таких как температура, влажность, давление, воздушный поток и расход воды.
Хотя частотно-регулируемые приводы широко используются в вентиляторах, насосах и компрессорах в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, большинство этих приложений сосредоточено на том, как использовать частотно-регулируемый привод для управления скоростью двигателя. Однако ЧРП может измерять несколько полезных электрических параметров, которые можно использовать для системного мониторинга и целей FDD.
Типичный частотно-регулируемый привод может измерять и выдавать выходные значения скорости / частоты, тока, мощности, крутящего момента и многих других параметров.Эти электрические сигналы имеют внутреннюю взаимосвязь с рабочими характеристиками системы. Например, Ли и др. [10] разработали несколько сигнатур неисправностей для одноступенчатой крышной установки DX, используя измерения мощности вентилятора, мощности компрессора и температуры приточного воздуха в ходе экспериментального исследования. С помощью этих известных параметров можно заранее определить компоненты и неисправности системы. Эти сигналы могут быть отправлены на внешний контроллер или систему BAS через аналоговые выходные сигналы или цифровые сигналы связи (Modbus, N2, FLN, BACNet и т. Д.)).
На рисунках 13 и 14 представлены две конфигурации подключения между частотно-регулируемым приводом и контроллером агрегата / BAS. На рис. 13 ЧРП управляет скоростью нескольких двигателей, таких как двигатель вентилятора, двигатели насоса или компрессоры. Контроллер контролирует работу двигателей и получает информацию о работе двигателя (такую как скорость, ток, мощность и крутящий момент) по цифровой связи. Контроллеры используют эту информацию и другие показания измерений системы (например, температуру) для выполнения анализа FDD.
Также очень часто каждый частотно-регулируемый привод управляет только одним двигателем, как показано на Рисунке 14. Контроллер взаимодействует с каждым частотно-регулируемым приводом и выполняет анализ приводного привода на основе работы всех двигателей.
Рисунок 13.
Конфигурация A, показывающая соединение между VFD и контроллером
Рисунок 14.
Configuration B, показывающая соединение между VFD и контроллером
Одним из примеров является применение VFD на FDD в упакованных RTU. Общие неисправности RTU включают засорение змеевика испарителя, засорение фильтра, засорение змеевика конденсатора, утечку хладагента и неправильную заправку.Обычные методы обнаружения этих неисправностей - это использование измерения нескольких точек температуры и давления и сравнение фактических показаний с показаниями в нормальном состоянии. Фактически, электрические сигналы могут отражать изменение характеристик системы. Недавние исследования показывают, что электрические сигналы, такие как скорость (частота) и мощность частотно-регулируемого привода, в сочетании с другими температурными параметрами, могут использоваться для обнаружения этих распространенных неисправностей на основе экспериментальных исследований [10].
Чтобы получить частоту (скорость) и киловатт как для вентилятора, так и для компрессора, оба они должны быть оснащены ЧРП, используя ЧРП для управления обеими скоростями или используя специальный ЧРП для вентилятора и компрессора.Чтобы контролировать работу RTU, в блоке в дополнение к VFD устанавливаются датчик температуры наружного воздуха (OAT) и датчик температуры приточного воздуха (SAT). Скорость и мощность частотно-регулируемого привода предоставляются самим частотно-регулируемым приводом и отправляются на внешний контроллер или BAS через связь Modbus. Измеренные системные параметры, такие как скорость VFD, мощность VFD, OAT и SAT, используются для выполнения FDD на существующем RTU.
5. Рекомендации по применению
5.1. Минимальная скорость VFD
Для всех приложений VFD относительно легко установить максимальную скорость или частоту.В США максимальная скорость обычно составляет 60 Гц. В некоторых случаях используется более высокая скорость, что нетипично и рекомендуется [22]. Напротив, настройка минимальной скорости требует большего внимания, поскольку она потенциально может повлиять на энергопотребление здания и характеристики двигателя.
Во-первых, у самого мотора есть некоторые ограничения. Производители частотно-регулируемых приводов часто рекомендуют минимальную скорость 30% от их номинальной скорости (18 Гц), чтобы предотвратить перегрев двигателя из-за недостаточного воздушного потока [23]. Для двигателя с инверторным режимом минимальная уставка может быть ниже 20% (12 Гц).Однако для обеспечения эффективности операций необходимо учитывать дополнительные факторы.
Для вентиляторов и насосов минимальная скорость может составлять всего 6 Гц, не вызывая перегрева двигателя и других механических недостатков [18]. Между тем, следует также учитывать рабочие факторы, такие как требования к качеству воздуха в помещении (IAQ) и требования к распределению воздуха. Если скорость вентилятора слишком низкая при том же положении заслонки наружного воздуха, в помещение поступает меньше свежего воздуха. Следовательно, необходим правильный инженерный расчет.Кроме того, режим работы накладывает ограничения на минимальную скорость. Для однозонного блока, работающего в режиме охлаждения, низкая скорость может вызвать очень низкую скорость на выходе из воздуховода, что может привести к выбросу холодного воздуха прямо в пространство без хорошей смеси. В режиме нагрева слишком низкая скорость может вызвать застаивание горячего воздуха на верхнем уровне помещения из-за эффекта плавучести. Следовательно, фактическая минимальная скорость вентилятора может составлять 20 Гц или около того. В насосах охлажденной воды скорость первичного насоса должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить подачу охлажденной воды через чиллеры.В противном случае аварийный сигнал низкого расхода воды может привести к сбою работы чиллеров.
Для компрессоров их минимальная частота вращения должна определяться на основе возврата масла, а также конструктивных требований и требований безопасности. Например, производитель рекомендовал минимальную частоту вращения частотно-регулируемого привода 25 Гц для компрессоров Discus и 45 Гц для спиральных компрессоров [24]. У большинства компрессоров возникает проблема резонанса вибрации на определенных скоростях. Это можно решить, запрограммировав частотно-регулируемый привод на пропуск этого диапазона, или просто установив более высокую минимальную скорость для обхода этого диапазона.
5.2. Помехи
Большинство частотно-регулируемых приводов используют широтно-импульсную модуляцию для управления скоростью двигателя. ШИМ может создавать большие и быстрые колебания напряжения или электромагнитные помехи (EMI) из-за быстрого нарастания и спада сигналов, используемых схемами управления ШИМ. Помехи отрицательно сказываются на работе системы управления и компонентов двигателя.
Существует несколько рекомендаций по минимизации помех от ЧРП [25].
-
Сведите к минимуму длину кабеля между ЧРП и двигателем.Чем длиннее кабель, тем выше потенциал отраженного напряжения. Пользователи должны соблюдать требования производителя по установке силового кабеля. Как правило, длина кабеля не должна превышать 200 футов.
-
Используйте самую низкую несущую частоту частотно-регулируемого привода, так как она влияет на максимально допустимую длину кабеля. Чем ниже частота, тем больше максимально возможная длина кабеля между частотно-регулируемым приводом и двигателями.
-
Используйте армированный кабель питания. Для силового кабеля рекомендуется использовать металлическую внешнюю броню для защиты компонентов системы от высокочастотных электрических полей.Следует использовать медь или алюминий, потому что сталь не обеспечивает эффективного экранирования на высоких частотах.