Частотный регулятор для асинхронного двигателя: Преобразователи частоты для асинхронного двигателя купить по выгодной цене

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей

До появления частотных преобразователей на рынке современной энергетики, электромонтёрам приходилось применять для подключения асинхронного двигателя стартовый или фазосдвигающий конденсатор большой ёмкости.

Двигатель при этом работал, но существенно терял мощность. Также, применение конденсаторов сильно разогревало обмотки двигателя, что сильно снижало его ресурс работы, и двигатели часто приходилось «перематывать». Учитывая, что обмотки асинхронного двигателя делаются из медной проволоки, то такие ремонты приносили большой ущерб.

Так как асинхронный двигатель является составной частью почти каждого современного привода, то вопрос создания частотного регулирования вставал на особый уровень. И вот, частотники уже повсеместно применяются для подключения электрического двигателя к сети и его управление.

По сути, частотный инвертор, это прибор, изменяющий частоту поданного на обмотки напряжения с ШИМ-регулированием. Благодаря частотнику, получилось подключить асинхронный двигатель к сети без ущерба его ресурсу, без перегрева, и ещё дать массу возможностей по управлению скоростью вращения вала.

Также, применяя различные интерфейсы передачи данных и команд, применение частотников позволило объединить все приводы большого предприятия в одно диспетчерскую систему управления и контроля параметров.

В мир современной автоматизации технологических процессов, это весомый аргумент.

Устройство частотных преобразователей

Современный частотный инвертер состоит из двух принципиальных блоков. Первый блок полностью сглаживает напряжение и на выходе выдаёт постоянное. Постоянное напряжение подаётся на силовой блок генерации частоты. После преобразования, на выходе из второго блока частота напряжения уже будет такая, какая задана настройкой.

За возможность изменять частоту напряжения отвечает микропроцессор, который встроен в частотник. Используя заданную программу, процессор следит за выходной частотой напряжения, а также за параметрами работы электрического двигателя.

По сути, частотные преобразователи для асинхронных двигателей принцип работы которых заключён в простом вырабатывании нужной частоты переменного тока, это модуляторы нужной природы напряжения, которая необходима для того или иного оборудования. Именно это и снизило негативное влияние на работу электрического двигателя, которое имело место быть при использовании конденсатов.

Электрический двигатель получает именно такое напряжение, которое положено ему для нормальной и полноценной работы.

Считаем нужным отметить, что и при наличии линии трёхфазного напряжения, не всегда рационально подключать электрический двигатель к сети просто через выключатель. В таком случае, двигатель будет работать, но регулировать его работу не получится. Не получится и следить за состоянием обмоток.

В промышленном исполнении можно встретить два основных типа частотных преобразователей:

• Специальные.
• Универсальные.

Специальный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, схема которого несколько отличается от универсального, изготавливается под конкретное оборудование по конкретным потребностям.

Как правило, это очень урезанные версии, не способные на работу с любым оборудованием.

Универсальные частотные инвертера могут работать, как и в специальном оборудовании, так и во всех остальных вариантах применения. На то они и универсальные, что их можно настраивать и программировать под любые нужды.

Поэтому, выбор частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен быть не столько продиктован конкретными необходимостями производства, но и возможностью модернизации оборудования.

Практически во всех частотниках сегодня реализована возможность установки и контроля режима работы электрического двигателя с пульта управления. Первый интерфейс управления встроен в сам корпус частотника. Там же есть и ручка регулирования скорости вращения двигателя.

Но можно и применять выносные пульты управления. Которые можно располагать как в диспетчерской, так и непосредственно на станке, который приводится в движение электрическим двигателем.
Такое чаще встречается в ситуациях, когда станок с двигателем находится в помещении, где не рекомендуется установка частотного инвертора. И его устанавливают вдали от оборудования.

Большая часть инвертеров частоты позволяют программировать работу оборудования. Но, задать программу просто с пульта управления не получится. Для этого используется интерфейс передачи данных и настройки, который, при помощи компьютера позволяет задать нужную программу работы.

Разница типов сигналов управления

При проектировании цеха очень важно учитывать, что общение частотных преобразователей с диспетчерским пультом будет происходить при помощи электрических импульсов по проводам связи. Пи этом, не стоит забывать, что разные стандарты связи по-разному влияют друг на друга. Посему, переда данных одним способом, может существенно снижать качество передачи данных другим способом.
Поэтому, расчет частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен производиться не только по его электротехническим показателям, но и по показателям совместимости с сетью.

Выбор мощности частотного преобразователя

Вопрос мощности частотника, скорее всего, стоит на первом плане, при расчете привода для любого станка или агрегата.

Дело в том, что большинство частотных инвертеров способны выдерживать большие перегрузки до 200 – 300 %. Но, это совсем не означает, что для питания электрического двигателя можно смело покупать частотник сегментом ниже, чем требуется по планированию.

Выбор мощности частотного преобразователя осуществляется с обязательным запасом в 20 – 30%. Игнорирование этого правила может повлечь за собой выход из строя частотного преобразователя и простой оборудования.

Также важно учитывать пиковые нагрузки, которые может выдерживать частотник. Дело в том, что при старте электрического двигателя его пусковые токи могут сильно превышать номинальные. В некоторых случаях, пусковой ток превышает номинальный в шесть раз! Частотик должен быть рассчитан на такие изменения.

Каждый электрический двигатель оборудован вентилятором охлаждения. Это лопасти, которые установлены в задней части двигателя и по мере вращения вала прогоняют через корпус мотора воздух.

Если электрический двигатель работает на пониженных оборотах, то мощности потока воздуха может не хватить для охлаждения.

В этом случае, нужно выбирать частотник с датчиками температуры двигателя. Или организовать дополнительное охлаждение.

Электромагнитная совместимость преобразователей частоты

При расчёте и подключении частотника к сети и электрическому двигателю, следует помнить, что он очень подвержен помехам. Также, преобразователь частоты может и сам стать источником помех для другого оборудования. Именно поэтому, все подключения к частотнику и от него выполняются экранированными кабелями и выдерживанием дистанции в 10 см друг от друга.

По своей сути, применение частного преобразователя для питания асинхронного электрического двигателя позволило существенно продлить жизнь электрического двигателя, дало возможность регулировать работу двигателя и хорошо экономить на расходе электрической энергии.

Частотник, частотный преобразователь1ф 220 - 3ф220 для асинхронного электродвигателя

Watch this video on YouTube

Частотные преобразователи | Регуляторы частоты

Частотный преобразователь используется для плавного регулирования момента и скорости вращения вала электродвигателя.

Также частотник снижает пусковые токи, уменьшает потребление электроэнергии (до 60%), обеспечивает плавный пуск и торможение привода, его защиту от перегрузок и перегрева.

Принцип работы

Общий принцип работы частотного преобразователя основан на формировании выходного напряжения с заданными характеристиками. Преобразователь частоты с промежуточным звеном устроен следующим образом. На первом этапе преобразования происходит выпрямление переменного напряжения электросети, уменьшение его пульсации и фильтрация гармоник (гармонических искажений тока). Из выпрямителя постоянный ток поступает в цепи инвертора, где преобразуется в переменное напряжение с изменяемой частотой и амплитудой. В качестве силовых элементов используются IGBT-транзисторы, выполняющие функцию электронных ключей. Управление частотой позволяет регулировать скорость вращения ротора электродвигателя.

По способу управления различают скалярные и векторные преобразователи частоты.

Скалярные частотники используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) — распространенный метод управления, суть которого заключается в формировании и подаче выходных импульсов тока заданной частоты и скважности на статорную обмотку электродвигателя. Особенностью скалярного способа является возможность одновременного управления несколькими электродвигателями.

Векторный преобразователь частоты управляет магнитными полями как статора, так и ротора за счет изменения значений напряжения и выходного тока (силы, частоты и фазы). Выпускаются два класса подобных устройств: с обратной связью (с датчиком на валу двигателя) и бездатчиковые. Частотный преобразователь с обратной связью быстро реагирует на изменение нагрузки, сохраняя заданную скорость вращения двигателя. Это наиболее современный тип оборудования. В целом преобразователи частоты с векторным управлением имеют более высокую точность, но, как правило, сложнее в настройке.

Применение

Инверторы частоты используются для управления электроприводами различного оборудования:

• насосы систем водоснабжения (скважинные, глубинные)
• станочное оборудование (токарные, шлифовальные, ленточнопильные станки)
• лифтовое оборудование
• вентиляторы
• компрессоры
• конвейеры, транспортеры, рольганги
• подъемное оборудование (краны, электротельферы)

Как выбрать частотный преобразователь

Существует несколько основных параметров, которыми руководствуются при выборе частотника.

1. Мощность преобразователя частоты должна соответствовать номинальной мощности электродвигателя. Этот принцип верен в случае с обычным асинхронным приводом. Если используется специальный двигатель (синхронный, с тормозом и т. д.), то правильнее ориентироваться на значение номинального тока — у частотника оно должно быть выше, чем у двигателя.

2. Параметры электросети. Большинство современных частотных инверторов рассчитаны на работу в трехфазной сети с напряжением 380В. Также выпускаются однофазные инверторы малой мощности, рассчитанные на напряжение 220-240В. К сожалению, качество электросети не всегда стабильно. Падение напряжения может привести к отключению частотника, резкое повышение выведет его из строя. Чтобы избежать подобных проблем, рекомендуется выбирать ПЧ с широким диапазоном напряжений.

Обратите внимание. Однофазный частотник можно подключить к трехфазному двигателю по схеме «треугольник» (при подключении по схеме «звезда» происходит потеря мощности). Трехфазный частотный преобразователь также может работать в однофазной сети, но в этом случае его выходной ток не должен быть выше 50% от номинального значения.

3. Перегрузочная способность. Важный параметр, от которого зависит срок службы инвертора. Подбирайте ПЧ в соответствии с продолжительностью, периодичностью и величиной перегрузок двигателя. Обычно эти данные указываются в руководстве к приводу. Иногда рекомендуют приобретать преобразователь с запасом по мощности и пиковому току до 15%.

4. Диапазон регулирования частот

. Практически любой преобразователь частоты обеспечит стабильную работу двигателя, если скорость его вращения не опускается ниже 10% от номинальной. При работе привода на низких оборотах необходимо позаботиться о дополнительном охлаждении, чтобы избежать перегрева. Верхний предел диапазона указывает на то, сможет ли инвертор управлять электродвигателем с высокими номинальными частотами. Наиболее широкий диапазон предлагают векторные частотные преобразователи.

5. Дополнительные опции. Нередко производители стремятся удешевить свою продукцию и предлагают частотники в базовой комплектации. При покупке преобразователя следует заранее позаботиться о защитном оборудовании: сетевом и моторном дросселях, тормозном резисторе и проч.

К прочим характеристикам инверторов, определяющих выбор той или иной модели, относятся: количество цифровых и аналоговых входов/выходов, класс защиты IP, информативность и удобство отображения рабочих параметров (количество строк на дисплее, тип экрана и проч.), уровень защиты двигателя (защита от скачков напряжения в сети, от перегрева, от короткого замыкания и т. д.), климатическое исполнение.

Также рекомендуем ознакомиться с каталогом мотор-редукторов. В ассортименте представлены приводы с червячной, зубчатой, планетарной и волновой передачами.

Дополнительная информация:
Выбор частотного преобразователя
Подключение и настройка преобразователя

Частотный регулятор для изменения оборотов асинхронного двигателя

Частотный регулятор – это один из терминов, которым обозначают устройство, реализующее принципы частотного регулирования для управления электродвигателями. Достаточно часто в литературе и в Интернете встречаются следующие синонимы для данного термина: Частотный преобразователь. Преобразователь частоты. Частотник (относится к профессионализмам). Инвертор (имеет и другие значения, например инвертор для сварки). В зарубежной литературе этому термину соответствуют следующие: Converter, Frequency shifter (Англ. яз.) В состав частотного регулятора входят следующие элементы: Выпрямитель, который служит для преобразование переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение. Звено постоянного тока, которое осуществляет фильтрацию и сглаживание пульсаций для повышения качества постоянного тока перед его преобразованием. Инвертор, задача которого преобразователь постоянное напряжение в переменно с заданной частотой. Преобразование в инверторы осуществляется по принципам широтно-импульсной модуляции сигнала. Осуществляя преобразование частоты питающей сети в широких диапазонах от 0 до 400 Гц, частотный регулятор позволяет регулировать обороты электродвигателей наиболее эффективным способом. Какие производители изготавливают частотные регуляторы для двигателей? Рынок сбыта частотных регуляторов для управления электродвигателями весьма широк. Это является причиной того, что большое количество фирм изготавливают регуляторы частоты. Вот лишь краткий список наиболее известных брендов: частотные регуляторы lg; регуляторы частоты данфосс; частотный регулятор abb; частотные регуляторы danfoss; регулятор частоты веспер.   < Предыдущая   Следующая >

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

Заменим Mitsubishi, Omron, ABB, Danfoss, LG, Schneider, Emotron, Delta, Vectron, Fuji, Toshiba, Hitachi и пр. на экономичные частотные преобразователи INNOVERT VENT.

Частотный преобразователь INNOVERT универсальной серии представляет собой многофункциональный преобразователь частоты, удобный в управлении и настройках.

Диапазон мощностей от 0,09 кВт до 560 кВт.

Большие мощности до 90 кВт в наличии!!!

Функции:

• регулирование скорости, задаваемой аналоговыми сигналами, цифровой сетью или ручкой потенциометра на лицевой панели.
• 15 предустановленных скоростей
• 4 различных варианта времён разгона и торможения
• реверсирование
• защита двигателя от перегрузки по току, напряжению, обрыва фаз
• температурный контроль электродвигателя и транзисторного модуля
• компенсация скольжения
• торможение постоянным током
• электронный потенциометр (MOP)
• PID режим управления технологическими параметрами (давления, температуры, расходом и т.д.)
• PLC режим управления скоростью

 

Документация:

Опции:

• модули динамического торможения
• защитные реакторы (дроссели) постоянного тока

Рабочие режимы:

• управление по U/f (линейное или квадратичное, компенсация скольжения)
• диапазон регулирования с поддержанием номинального момента до 1:20

Применения:

• транспортеры
• конвейеры
• насосы
• вентиляторы
• компрессоры
• мешалки
• намоточное оборудование
• экструдеры

Надежность:

• высокая проверенная надежность работы
• перегрузочная способность: выдерживает перегрузку 200% Iн в течение 60 секунд
• позволяет работать с двигателями большей номинальной мощности при легкой нагрузке

Технические характеристики:

• частота коммутации до 15 kHz с дискретностью 0,1 kHz
• 8 цифровых входов (6 для IMD)
• 2 аналоговых масштабируемых входа 0-10V и 4-20mA
• 1 релейный выход с переключающим контактом (250V, 3A)
• 2 дискретных транзисторных выхода (1 для IMD)
• 2 аналоговых выхода 0-10V и 4-20mA
• 15 настраиваемых фиксированных частот
• PID-регулятор
• выходная частота до 400 Hz
• встроенный тормозной ключ в преобразователях до 15 кВт
• встроенный контроллер с циклическим управлением скоростью двигателя
• развитый эргономичный дисплей с выводом информации о частоте, скорости вращения, токе двигателя и пр.

Номинальные характеристики частотного преобразователя INNOVERT мощностью 0.4 kW… 2.2 kW
Одна фаза, 240 В, 50/60 Гц

Тип	Выходная мощность [кВт]	Выходной ток [A]	Перегрузочная способность [(60 с) (A)]
ISD091M21B	0,09	0,7	1.05
ISD121M21B	0,12	0,8	1.2
ISD181M21B	0,18	1,0	1. 5
ISD251M21B	0.25	1.5	2.25
ISD401M21B	0,4	2,5	3,75
ISD551M21B	0.55	3.5	5.25
ISD751M21B	0,75	5	7,5
ISD112M21B	1,1	6,0	9
ISD152M21B	1,5	7	10,5
ISD222U21B	2,2	11	16,5
ISD372U21B	3.7	16.5	24.75

Номинальные характеристики частотного преобразователя INNOVERT мощностью 0. 75 kW… 560 kW
Три фазы, 380 В, 50/60 Гц

Тип	Выходная мощность [кВт]	Выходной ток [A]	Перегрузочная способность [(60 с) (A)]
ISD251U43B	0.25	1.2	1.8
ISD401U43B	0.4	1.5	2.25
ISD551M43B	0.55	2.0	3.0
ISD751U43B	0,75	2,7	4,05
ISD112U43B	1. 1	3	4.5
ISD152U43B	1,5	4,0	6
ISD222U43B	2,2	5	7,5
ISD302U43B	3,0	6.8	10.2
ISD402U43B	4.0	8.6	12.9
ISD552U43B	5,5	12,5	18,75
ISD752U43B	7,5	17,5	26,25
ISD113U43B	11	24	36
IBD153U43B	15	30	45
IBD183U43B	18,5	40	60
IBD223U43B	22	47	70,5
IBD303U43B	30	65	97,5
IBD373U43B	37	80	120
IBD453U43B	45	90	135
IBD553U43B	55	110	165
IBD753U43B	75	152	228
IBD903U43B	90	176	264
IBD114U43B	110	210	315
IBD134U43B	132	255	382,5
IBD164U43B	160	305	457,5
IBD184U43B	185	340
IBD204U43B	200	380
IBD224U43B	220	425
IBD254U43B	250	480
IBD284U43B	280	560
IBD314U43B	315	605
IBD344U43B	345	680
IBD374U43B	375	740
IBD404U43B	400	790
IBD414U43B	415	820
IBD454U43B	450	840
IBD474U43B	475	940
IBD504U43B	500
IBD564U43B	560

Частотный регулятор скорости для асинхронного электродвигателя

Асинхронный двигатель одно- или трехфазного тока – один из самых распространенных как в промышленности, так и среди бытовых пользователей, где он может являться основой насосов и маломощных агрегатов различного назначения. К его достоинствам относят:

·         надежность, связанную с отсутствием щеточного узла;

·         простоту изготовления;

·         невысокую стоимость;

·         высокий КПД в штатном режиме работы.

О надежности этого оборудования лучше всяких слов говорит то, что на многих объектах можно встретить исправно работающие моторы, которые введены в эксплуатацию более 50 лет назад. Есть у электродвигателей этого типа и ряд недостатков. К самым существенным относятся:

·         низкий крутящий момент на старте;

·         ограничение максимальной скорости вращения, зависящее от частоты питающей электросети;

·         сложность регулировки скорости вращения электромотора.

Применение частотных преобразователей для двигателей, рассчитанных на работу с напряжением 220В, 380В и выше устраняет или уменьшает все перечисленные недостатки и позволяет добавить в систему с такими двигателями новый функционал.

До применения частотного принципа управления асинхронным мотором при необходимости регулировать скорость использовалось несколько вариантов управления скоростью вращения таких двигателей:

·         механическое с помощью редуктора. Своеобразная коробка передач – решение сложное, дорогое, требующее регулярного обслуживания и ремонта. Также понижает общий КПД системы;

·         ступенчатое изменение питающего напряжения с помощью трансформатора. Позволяет управлять мощностью двигателя, однако вводит его в нештатный режим, вызывает нагрев. Точная установка скорости вращения в таких системах практически невозможна;

·         электронное с отсеканием части полупериода питающего напряжения с помощью тиристорной схемы. Позволяет регулировать мощность, однако такой принцип управления создает вибрации и также не позволяет точно управлять частотой вращения.

Современные технологии регулировки частоты вращения и мощности предусматривают, в большинстве случаев, использование частотного регулятора на полупроводниковых ключах.

Принцип работы частотного регулятора

Принцип, положенный в основу работы любого современного частотного преобразователя, очень прост:

• во-первых, нужно выпрямить входное напряжение;

• во-вторых, его следует отфильтровать и стабилизировать;

• и, в-третьих, нужно сгенерировать питающее напряжение, по форме близкое к синусоидальному, требуемой частоты и амплитуды.

Этот подход позволяет исключить изменение режима работы привода при колебаниях напряжения в сети и получить возможность точной регулировки скорости вращения и выходной мощности. Такой принцип регулировки применим как к однофазным электромоторам, для которых требуется одна такая схема, так и к трехфазным асинхронным электродвигателям, требующих три группы таких выпрямителей-преобразователей с синхронизацией их работы для получения трехфазного выходного напряжения с заданным сдвигом.

Схемотехника современных преобразователей частоты

С появлением мощных полупроводниковых компонентов, способных управлять высоким напряжением и большими токами схемотехнические решения блоков регулировки частоты стали строиться достаточно просто. Так, для работы в цепях с напряжением на выходе инвертора до 690 В, с успехом применяются схемы на тиристорах и IGBT-транзисторах, которые стоят дороже, но обеспечивают более «чистый» выход. В таких схемах управления на каждую фазу устанавливают по два ключа с соответствующей управляющей обвязкой. Для удешевления конструкции на выходе обычно не используют фильтры для подавления гармоник, поскольку к выходу подключается индуктивная нагрузка.

Для высоковольтных электродвигателей может использоваться такой же принцип с усложненной схемотехникой. Питание на выходе каждой фазы формируется последовательно подключенными модулями, каждый из которых формирует свой участок выходной синусоиды, а общее напряжение формируется как сумма напряжений на выходе каждого модуля.

Существуют также бестрансформаторные преобразователи и прямые преобразователи частоты без блока выпрямления и фильтрации. Каждое схемотехническое решение имеет свои достоинства и недостатки, которые следует учитывать при выборе. Однако сам блок преобразователя, по какой бы схеме он не был построен, требует еще достаточно сложной автоматики управления режимами работы.

Автоматика управления работой частотного преобразователя

Регулирование режимом работы двигателя через частотный преобразователь выполняется сложной автоматикой управления, которая в большинстве моделей современных частотников строится на основе микроконтроллера или микропроцессора.

Система управления выполняет целый ряд функций, которые значительно расширяют возможности систем на основе асинхронных двигателей. К ним могут относиться:

·         программы плавного пуска и остановки электромотора;

·         защитное отключение при перегрузках, перегреве и заклинивании;

·         модули сопряжения с системой централизованной диспетчеризации;

·         возможность подключения внешних датчиков обратной связи, позволяющих управлять работой двигателя для поддержания стабильного состояния системы, например, скорости потока воздуха или давления воды;

·         возможность работы по заранее заданной программе.

На рынке сегодня представлены сотни моделей частотных преобразователей для управления асинхронными электромоторами. Причем представлены как универсальные серии, так и специализированные, например, для лифтового, насосного или вентиляционного оборудования, что несколько упрощает выбор. Если вам необходима помощь в выборе оптимальной модели частотного преобразователя для управления асинхронным двигателем, вы всегда можете обратиться к сотрудникам нашей компании.

вернуться в блог

Частотные регуляторы скорости вращения вентиляторов ВФЕД-...-ТА

Частотные регуляторы скорости являются энергосберегающими устройствами и позволяют обеспечить максимальное использование мощности привода при минимальном потреблении энергии.

Особенности модели

• Описание
• Модификации
• Загрузки

Описание

Описание

ПРИМЕНЕНИЕ	КОНСТРУКЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ
Регуляторы (или инверторы) серии ВФЕД-...-TA предназначены для частотного управления скоростью вращения вентиляторов, оборудованных трехфазными асинхронными электродвигателями переменного тока. Регулирование скорости вращения происходит за счёт изменения частоты питающего двигатель напряжения. Применяются для управления производительностью трехфазных вентиляторов.	Корпус регулятора изготовлен из негорючего термопластика. Изделие преобразует напряжение питающей сети 220 В частотой 50 Гц в импульсное напряжение на выходе с частотой от 3 Гц до 400 Гц. Ротор двигателя, запитанный синусоидальным током, вращается со скоростью пропорциональной частоте поданного напряжения. На вход частотного преобразователя подаётся однофазное питание, напряжением 220 B с частотой 50 Гц. На выходе же формируется трёхфазное напряжение частотой до 400 Гц, для питания асинхронного двигателя.
МОНТАЖ
Установка регулятора осуществляется внутри помещений. Монтаж необходимо производить с учётом свободной рециркуляции воздуха для охлаждения внутренних цепей. Рабочая позиция регулятора - вертикальная. Не устанавливайте регулятор над отопительными приборами и в зонах с плохой конвекцией воздуха.
	УПРАВЛЕНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ВНЕШНЕГО ИСТОЧНИКА
	Изменение выходной мощности производится пропорционально внешнему управляющему сигналу 0..10 В или 4-20 мА в выбранном, при настройке регулятора, диапазоне. Подключение внешнего источника осуществляется через серийный порт RS-232.
Рабочая позиция прибора

Модификации

Наименование модификации

Загрузки

Загрузки

Выберите тип документа

Выбираем частотный преобразователь, простыми словами о сложном.

Среди множества электроприводов особо выделяются нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Такие электродвигатели устанавливаются в системах кондиционирования, тепло-, водоснабжении, компрессорных установках и других отраслях. Большинство времени они работают на пониженных частотах вращения, тем самым давая слабую нагрузку на подшипники, фундаменты механизмов электродвигателей как следствие увеличивая межремонтый период.

Когда в такой цепи устанавливается частотный преобразователь, запуск двигателя производится уже через него. Частотный преобразователь позволяет плавно запустить двигатель, без пусковых ударов, это снижает нагрузку на механизмы, тем самым увеличивая срок эксплуатации.

Какие же основные параметры подбора

преобразователей частоты для асинхронного двигателя:

​

1.Номинальная мощность двигателя.

Рабочий ток электродвигателя не должен превышать номинальный ток преобразователя частоты, поэтому выбирая частотник нужно разобраться с тем, какую нагрузку он будет получать. Нужно понимать, что для электродвигателя под мощностью понимается мощность на валу двигателя, а не как у большинства других потребителей энергии по активной потребленной энергии.

Для многих механизмов можно выбирать привод с перегрузочной способностью 150% на порядок ниже мощностью, чем двигатель, это часто применимо для вентиляторов и насосов.

​

Номинальный ток преобразователя берется больше номинального тока, который потребляет электродвигатель, иначе электропривод будет блокироваться по ошибке «превышение тока».

2.Частотный преобразователь для двигателя: входное напряжение

Вы можете выбрать частотный преобразователь 1 фазный или 3 фазный. 1 фазное питание обычно осуществляется от сети 220 В, а 3 фазное — от сети 380 В Частотный преобразователь 3 фазный может работать и от сети 220 В, но это достаточно редкий случай.

Частотный преобразователь 1 фазный чаще используется в непромышленных условиях. А вот частотный преобразователь 3 фазный имеет больше возможностей. Он позволяет выбрать оптимальный режим работы устройства, работает при маленькой амплитуде пульсаций, надежен, долговечен и при этом компактен.

3.Частотный преобразователь для асинхронного двигателя: условия работы.​

В зависимости от задачи, которую будет решать наш частотный регулятор для асинхронного двигателя, нужно выбрать закон, по которому он будет работать. Законов же всего 2 – скалярный и векторный закон управления.

- Скалярный метод управления частотным преобразователем желательно применять, когда известны значения частоты вращения на валу при неизменяющейся нагрузке.

- Векторный закон управления частотником применяют при резком изменении нагрузки с динамической реакцией скорости на это изменение. Проще говоря, скорость вращения должна оставаться той же при возрастающей нагрузке и наоборот. Частотный регулятор для асинхронного двигателя с векторным управлением помогает достичь высокой точности скорости вращения двигателя без использования датчика скорости.

4.Частотный преобразователь для асинхронного двигателя: особенности.​

• Возможность беспроводного управления (Bluetooth)

• Вынос потенциометра.

• Возможность сохранения в промышленную сеть (протокол MODMUS , CANIPEN ,PROFIBUS)

• Возможность сохранения резервной копии настроек частотного преобразователя в панель управления.

5 .Частотные преобразователи для асинхронных двигателей: способ управления (Оперативное управление приводом в процессе работы)​

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей могут управляться как через выходы управления по шине последовательной связи (контроллер, или компьютер), так и с выносного встроенного пульта. Преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя допускает также переключаемое или комбинируемое управление. Так что у потребителя есть выбор, чем пользоваться.

Выбирая преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя, следует учитывать, что важную составляющую играет использование дросселей

Для ПЧ применяются 2 вида дросселей:

– сетевой

– моторный

Сетевой дроссель, подключается в сеть питания преобразователя, и выполняет функцию своеобразного буфера между частотником и нестабильной сетью.

Между приводом и двигателем ставиться моторный дроссель, он используется для ограничения токов КЗ а также ограничить скорость, с которой нарастает напряжение.

При использовании одного преобразователя, к которому подключается 2 и больше двигателей нужно выбрать привод на 1,25 больше номинального тока двигателей или же суммы номинальных токов двигателей.

–  Характеристики пуска и разгона (торможения) двигателя выбираются по номинальному току, а также перегрузочной способностью привода..

Задача каждого производителя - это реализация производимой им продукции. Исходя из этого, большинство производителей включают в свое оборудование только минимальный функционал, который удовлетворит бОльшее количество потребителей. Дополнительные функции устанавливаются за отдельную плату. Получается, что чем большим функционалом обладает преобразователь, тем дешевле в дальнейшем будут стоять доп. опции, но сам частотник при этом подорожает. Точно так же, но с обратным эффектом будет с примитивными преобразователями частот, стоить они будут меньше но в каждую доп. опцию производитель заложит свои доп. расходы, что приведет к удорожанию модернизации привода. Плюс такие ПЧ будут менее надежными, но весь вопрос нужны ли Вам эти опции. Надежность будет меньшей из-за усложнения системы охлаждения, наличия большего количества разъемов и т.д. У большинства производителей, число опций применяемых к одному ПЧ часто ограничены.

Выбор преобразователя частоты, не прост, он сводится к экономической целесообразности покупки и необходимости использования такого оборудования. Следует не завышать требования, тем самым переплачивая за ненужный функционал, но в тоже время не стоит отказываться от необходимых функций, в надежде сделать механизм, привод и систему работоспособными.​

Регулятор частоты

для двигателя - купить регулятор частоты для двигателя с бесплатной доставкой на AliExpress

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для выбора частотного регулятора для двигателя. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы найдете новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот верхний частотный регулятор для двигателя в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели регулятор частоты для двигателя на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в частотном регуляторе для двигателя и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз.Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress.Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, мы думаем, вы сможете приобрести регулятор частоты для двигателя по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Диагностика неисправностей асинхронного двигателя с питанием от преобразователя частоты

Содержание

Аннотация

Цели диссертации

1. Введение
План дипломной работы

2. Обзор литературы
Электрический и механический контроль с использованием методов MCSA
Методы, основанные на асимметрии
Другие методы мониторинга состояния
Обзор литературы

3.ОБЩИЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Неисправности ротора
Короткие повороты
Влияние составляющей тока на неисправности двигателя, вызванные изменением индуктивности
Схема тестирования для моделирования неисправностей

4. Диагностика неисправности двигателя с помощью анализа сигнатур сигналов
Анализ сигнатуры тока двигателя с использованием БПФ
Обнаружение сломанных стержней ротора в трехфазном асинхронном двигателе с помощью быстрого преобразования Фурье
Гармоники паза ротора
Гармоники двигателя неисправности Broken Bars Fault
Обнаружение короткого замыкания статора в очереди с использованием анализа тока FFT
Обнаружение эксцентриситета воздушного зазора с использованием анализа сигнатур БПФ

5.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГНОСТИКИ СТАТОРА И РОТОРА ПРИ ТРЕХФАЗНОЙ ИНДУКЦИИ
ДВИГАТЕЛЬ
Текущий спектральный анализ
Этапы диагностики неисправности двигателя с использованием метода БПФ

6. ОБНАРУЖЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ СТАНЦИИ РОТОРА С ПОМОЩЬЮ БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ (БПФ) и LabVIEW
программа
Экспериментальная установка
Представление системы с помощью программы LabVIEW

Параметры сбора данных

7. АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ СЛОМАННЫХ ПРУТОВ
Здоровый ротор без нагрузки, питаемый от индукционного регулятора, 50 Гц
Неисправный ротор без нагрузки, питаемый от индукционного регулятора с частотой 50 Гц
Нагруженный здоровый ротор, питаемый от индукционного регулятора, 50 Гц
Нагружен неисправный ротор от индукционного регулятора на 50 Гц
Ротор без нагрузки, питаемый от преобразователя частоты, 40 Гц
Неисправный ротор без нагрузки, питаемый от преобразователя частоты при 40 Гц
Нагруженный исправный ротор, питаемый от преобразователя частоты при 40 Гц
Неисправный ротор под нагрузкой, питаемый от преобразователя частоты при 40 Гц
Ротор без нагрузки, питаемый от преобразователя частоты, 50 Гц
Неисправный ротор без нагрузки питается от преобразователя частоты на 50
Здоровый ротор с нагрузкой, питаемый от преобразователя частоты, 50 Гц
Неисправный ротор под нагрузкой, питаемый от преобразователя частоты при 50 Гц
Здоровый ротор без нагрузки, питаемый от преобразователя частоты, 60 Гц
Неисправный без нагрузки ротор, питаемый от преобразователя частоты 60 Гц
Нагруженный исправный ротор с питанием от преобразователя частоты 60 Гц
Нагруженный неисправный ротор питается от преобразователя частоты 60 Гц

7.1 Обсуждение анализа неисправностей ротора
Электродвигатель питается от регулятора напряжения 50 Гц
Ротор питается от преобразователя частоты 40 Гц
Ротор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Ротор питается от преобразователя частоты 60 Гц
Резюме

8. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОБМОТКОВ СТАТОРА С ПОМОЩЬЮ ТЕХНИКИ БПФ
АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЬ СТАТОРА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Нормальный статор без нагрузки питается от индукционного регулятора с частотой 50 Гц
Неисправный статор без нагрузки, запитанный от индукционного регулятора с частотой 50 Гц
Статор исправен под нагрузкой, питаемый от индукционного регулятора с частотой 50 Гц
Неисправен нагруженный статор, запитанный от индукционного регулятора с частотой 50 Гц
Нормальный режим холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 40 Гц
Неисправность холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 40 Гц
Нагрузка исправна Статор питается от преобразователя частоты при 40 Гц
Нагрузка неисправна Статор питается от преобразователя частоты 40 Гц
Нормальный режим холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Неисправность холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Нагрузка исправна Статор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Нагрузка неисправна Статор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Нормальный режим холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 60 Гц
Неисправность холостого хода Статор питается от преобразователя частоты 60 Гц
Нагрузка исправна Статор питается от преобразователя частоты при 60 Гц
Нагрузка неисправна Статор питается от преобразователя частоты 60 Гц

8.1. Обсуждение анализа диагностики статора
Статор запитан от индукционного регулятора 50 Гц
Статор питается от преобразователя частоты 40 Гц
Статор питается от преобразователя частоты 50 Гц
Статор питается от преобразователя частоты 60 Гц
Резюме

9. Заключение
Справочный лист

Абстрактные

Трехфазные асинхронные двигатели

широко используются в качестве источника механической энергии для обеспечения эффективной работы и низких затрат. Неисправности должны быть обнаружены заранее, чтобы избежать поломки двигателя и снижения затрат на производство оборудования.В этой работе обсуждаются методы спектрального анализа тока и рассеяния потока для диагностики сломанных стержней ротора и короткозамкнутых витков в асинхронном двигателе, питающемся от различных источников переменного тока. Несмотря на недавнюю разработку различных типов моделей для диагностики неисправностей двигателей и изучения различных проблем, связанных с трехфазными асинхронными двигателями, спектральный анализ сигналов считается одним из наиболее важных подходов. Большинство моделей от простой эквивалентной схемы до более сложных моделей d-q и a-b-c и, наконец, разработанных гибридных моделей, предназначены для интеграции различных форм несимметрии тока и / или напряжения.Как правило, методы, относящиеся к асимметрии, позволяют выявлять асимметричные двигательные неисправности.

Преобразователи частоты во многих приложениях питают асинхронные двигатели. Такие приложения, которые играют важную роль в промышленности, быстро растут, что позволяет использовать 3-фазные асинхронные двигатели в качестве приложений с регулируемой скоростью. В этой статье предлагается применение спектрального анализа сигнатур для обнаружения и диагностики аномальных электрических и механических состояний, которые указывают на выбранные неисправности в асинхронном двигателе, питаемом от преобразователя частоты.

Ключевые слова; Неисправности асинхронного двигателя, преобразователь частоты, методы диагностики

Цели диссертации

Основная цель данной статьи - диагностировать общие неисправности, возникающие в результате условий, связанных с током и напряжением, с помощью подходящих методов обработки сигналов. Различные сигналы в двигателе содержат уникальные частотные составляющие, связанные с неисправностями двигателя. Следовательно, вторая цель состоит в том, чтобы исследовать, как наличие общих неисправностей, таких как неисправность стержня ротора и короткое замыкание обмотки, влияет на токовые сигналы, поступающие от индукционного регулятора и преобразователя частоты.Третья цель - сформулировать необходимые условия сбора сигналов и методы обработки сигналов (быстрое преобразование Фурье - БПФ) для эффективного обнаружения поломки ротора и короткозамкнутых витков при обнаружении неисправности обмотки статора. Наконец, цель диссертации - использовать программу Matlab для обработки данных, собранных с помощью виртуального измерительного прибора LabVIEW.

1. Введение

Трехфазный асинхронный двигатель - это асинхронная машина с переменным током, мощность которой подается на ротор за счет электромагнитной индукции.Он состоит из магнитной цепи, которая связана с двумя электрическими цепями, вращающимися друг относительно друга посредством электромагнитной индукции. В трехфазном асинхронном двигателе есть два типа обмоток ротора: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Двигатели с короткозамкнутым ротором состоят из токопроводящих стержней из меди, алюминия или сплава, встроенных в пазы ротора и закороченных на концах токопроводящим кольцом. Роторы с намоткой состоят из трехфазных обмоток, концы которых соединены с контактными кольцами, установленными на валу ротора.Трехфазные асинхронные двигатели часто испытывают различные неисправности из-за вредных условий эксплуатации, таких как недостаточное охлаждение, недостаточная смазка,
несоосность вала, перегрузка и т. д. Основные неисправности асинхронного двигателя подразделяются на две категории: электрические и механические неисправности. Электрические неисправности возникают из-за неисправностей статора, которые приводят к короткому замыканию одной или нескольких обмоток двигателя. Сломанные стержни ротора также могут быть связаны с коротким замыканием витков в обмотках статора. Как только сломанные стержни попадают в конец обмотки или сердечника статора, который является двигателем высокого напряжения на высокой скорости, они вызывают сильное механическое повреждение изоляции, что приводит к короткому замыканию витков в статоре.Кроме того, они могут возникнуть из-за неправильного соединения обмоток статора. Механические неисправности могут возникнуть в результате поломки стержней или соединительного кольца ротора, статических и динамических неровностей воздушного зазора, изгиба вала, приводящего к трению между ротором и статором, которое вызывает серьезные повреждения сердечника и обмоток статора и, наконец, из-за отказов подшипников и редуктора. Преобразователь частоты также играет важную роль в трехфазном асинхронном двигателе, поскольку он отвечает за питание трехфазного асинхронного двигателя трехфазным источником питания.Оценки показывают, что неисправности, связанные с ротором, составляют 8-10% неисправностей двигателей, а неисправности обмоток статора - 26-37%. Кроме того, частота, при которой возникают различные типы неисправностей двигателя, показана ниже на рисунке 1.

Статистическое распределение неисправностей двигателей

- Неисправности подшипников
- неисправности статора
- Сломаны стержни ротора
- Эксцентриситет

Рисунок 1. (Cusidu стр. 2011, статистическое распределение неисправностей двигателей).

Асинхронный двигатель, который работает при этих неисправностях, может выражать различные неопределенности, такие как повышенные пульсации крутящего момента, несбалансированные напряжения в воздушном зазоре и линейные токи, уменьшение рекомендуемого крутящего момента, чрезмерный нагрев и увеличение потерь, которые снижают эффективность двигателей.Диагностика неисправностей и защита трехфазного асинхронного двигателя имеет историю, которая восходит к началу внедрения машин. Различные методы мониторинга состояния и диагностики неисправностей двигателя разработаны для повышения эффективности установки с приводом от двигателя. Они включают в себя мониторинг радиочастотного излучения, мониторинг вибрации, мониторинг тока, анализ сигнатуры тока двигателя, тепловой мониторинг, мониторинг акустической эмиссии и химический мониторинг, который требует для эффективной работы дорогостоящих датчиков.Неспособность обнаружить неисправность двигателя может привести к нулевой мощности всей установки или даже к аварии. Большинство предлагаемых анализов нацелены на анализ тока двигателя, поскольку он оказался неинвазивным методом в промышленности.

Неисправности двигателей вызвали необходимость разработки экспериментальной диагностики неисправностей для практического применения в промышленности. Основные ошибки из статистики двигателя показывают, что ротор и статор подвергаются большему риску, поэтому эффективные методы реализуются с помощью компьютерных программ, таких как LabVIEW и Matlab.Один из них - анализ обработки сигналов, сопровождаемый спектральным анализом частотных составляющих. В этой статье использовался метод обработки сигналов с быстрым преобразованием Фурье (БПФ).

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рисунок 2. План дипломной работы

2. Обзор литературы

Электрический и механический мониторинг с использованием методов MCSA Для диагностики неисправностей ротора асинхронного двигателя используется множество различных методов. У большинства этих методов соответственно есть свои достоинства и недостатки.Быстрый анализ Фурье - это ключевой метод мониторинга состояния для большинства промышленных приложений, где сигналы являются стационарными, например, для диагностики неисправности шины ротора и коротких витков в обмотке статора электрических машин с приводом от двигателя. Его цель - контролировать однофазный ток статора. Эта возможность достигается за счет удаления частотной составляющей возбуждения посредством фильтрации нижних частот и дискретизации результирующего сигнала. Трансформатор тока, который подается на режекторный фильтр 50 Гц, где основная составляющая уменьшается, воспринимает однофазный ток.Затем происходит усиление сигнала вместе с фильтрацией нижних частот. Цель фильтрации состоит в том, чтобы удалить ненужные высокочастотные компоненты, ответственные за появление наложений дискретизированного сигнала. Целью усиления является максимальное использование входного диапазона аналого-цифрового преобразователя.

(Aderiano & Silva, 2006) признал, что спектральный анализ сигнатур, который использует спектр тока статора для обнаружения неисправности из-за сломанных стержней ротора, является одним из наиболее эффективных методов, который имеет дело с физическим явлением двигателя.Сломанные шины в двигателе приводят к колебаниям тока питания двигателя. В этом методе обычно используется принцип величин частотных составляющих токов статора и, в частности, величины определенных частотных составляющих токов статора. Первый спектр, который меньше основной частоты, называется боковой полосой, которая измеряется и сравнивается с пороговой частотой. Полученные результаты сравнили две частоты, которые помогают определить, есть ли у трехфазного асинхронного двигателя сломанные стержни ротора.Эта работа подтвердила возможность проведения текущего спектрального анализа. Кроме того, текущий метод анализа сигнатур в 3-фазном асинхронном двигателе обнаруживает такие неисправности, как поврежденный подшипник и эксцентриситет оси ротора.

(Albizu & A. Mazon, 2006) предложил онлайн-анализ асинхронного двигателя. В основном это относится к низковольтным асинхронным двигателям, у которых появление межвиткового короткого замыкания указывает на наличие неисправности двигателя. Этот метод зависит от уровня входного напряжения и включает запрограммированный шаблон, который контролирует двигатель.Это приводит к мониторингу частичного разряда. Этот метод обеспечивает высокую диагностическую эффективность таких методов, как ток обратной последовательности и полное сопротивление последовательности, но низкую эффективность для других методов диагностики неисправностей.

(Khalaf & Hew, 2011) применил вейвлет-преобразование для диагностики неисправностей ротора. Мотор был проанализирован в исправном состоянии и с выбранными неисправностями. Разностный сигнал на 11-м уровне одномерного дискретного вейвлет-анализа - вейвлет-разложения с деревом двигателя используется для обнаружения неисправности двигателя.Наблюдаются среднеквадратичные значения этого 11-го вейвлет-коэффициента dll и тех, которые получены из методов автономной диагностики, и проводится сравнение этих двух коэффициентов для обнаружения неисправностей двигателя.

Методы, основанные на асимметрии

Методы на основе моторной асимметрии - еще один подход, ориентированный на объект / части двигателя. Векторный подход Парка эффективен в процессе диагностики, так как не требует вывода нейтральной линии. Другой метод - это метод отрицательных последовательных компонентов тока статора, основанный на обнаружении асимметрии, вызванной неисправностями, и используется для обнаружения межвитковых коротких замыканий ротора.Обычно это вызывает искажения магнитного поля. Асимметрия генерирует ток обратной последовательности, который используется при обнаружении неисправности. Отрицательная последовательность выводится из векторного анализа несбалансированных трехфазных токов или напряжений, питающих двигатель (Aderiano M. & Silva B., 2006).

В токе отрицательной последовательности короткие витки обмоток статора приводят к асимметрии между тремя фазами, следовательно, к изменению составляющей отрицательной последовательности в линейном токе. При наличии закороченных витков происходит увеличение тока обратной последовательности.Ток обратной последовательности la2 рассчитывается на основе измерений трех линейных токов. Следовательно,

иллюстрация не видна в этом отрывке

Где; a = e ~ т.е. экспонента индуктивности / скольжения, la2 - ток обратной последовательности, lac - ток короткого замыкания.

Собственная асимметрия двигателя может отличаться от измерительной аппаратуры, учитывая, что несимметричные напряжения питания производят аналогичный эффект. Это требует рассмотрения этих неидеальности в стратегии обнаружения неисправностей, поскольку результаты показали, что отрицательная последовательность возникает даже в исправном двигателе из-за этих факторов.Появление коротких поворотов увеличивает уже существующую асимметрию. Когда двигатель не симметричен, положительная и отрицательная последовательности становятся взаимозависимыми. Следовательно, будет ток обратной последовательности, даже если напряжение питания симметрично и не имеет составляющей обратной последовательности.

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рис. 3. Схематическое изображение различных причин тока обратной последовательности

Следовательно, отрицательная последовательность la2 является вкладом компонентов дерева.Чтобы определить ток из-за неисправности Isca2, ток из-за дисбаланса напряжений (Iva2) и собственный ток (Ta2) вычитаются из измеренного тока обратной последовательности (/ a2). Увеличение la2 in указывает на короткое замыкание.

иллюстрация не видна в этом отрывке

Этот метод имеет такое ограничение, при котором невозможно определить серьезность ошибки. Кроме того, асимметрия мотора и датчиков значительно снижает чувствительность индикатора. Это потому, что уравнение верно только в том случае, если двигатель абсолютно симметричен.Если это не так, существует взаимодействие между компонентами последовательности.

Подход напряжения нулевой последовательности применяется к асинхронным двигателям, подключенным звездой с доступной нейтралью. В этом случае три мгновенных значения напряжения фаза-нейтраль (фазные напряжения) указывают на неисправность двигателя. Когда двигатель идеален, сумма этих напряжений равна нулю. Наличие короткого замыкания в очереди или обрыва шины увеличивает фазные напряжения, указывающие на неисправность. У этого метода есть недостатки, такие как необходимость доступа к нейтрали.Кроме того, в реально исправной машине индикатор неисправности не равен нулю из-за внутреннего дисбаланса машины и асимметрии приборов. Несмотря на то, что нагрузка и дисбаланс напряжения не представлены, этот подход зависит от симметричного импеданса машины. Следовательно, чувствительность метода снижается при несимметричном индуктивном импедансе (Albizu & A. Mazon, 2006).

Другие методы мониторинга состояния

Существуют и другие методы мониторинга состояния, такие как тепловая диагностика, диагностика крутящего момента, шума, вибрации и электрическая диагностика в случае обмоток статора, которые используются для обнаружения неисправности двигателя, которые являются специфическими для диагностики неисправности конкретного двигателя.Praiseworthyprize.com [2010] предложил два метода диагностики асинхронных двигателей, а именно оценку плотности спектра мощности (PSD) и опорные векторные машины (SVM) для диагностики и обнаружения любых неисправностей, связанных с поломкой стержня ротора, нагруженных различными нагрузками. Контроллер неисправности работает между измеренным током статора исправного двигателя и расчетным током неисправного двигателя. Методы спектральной декомпозиции Уэлча и множественной классификации сигналов применяются к току статора для анализа.Из этих методов следует отметить, что разрешение по частоте и надежность обнаружения отличаются друг от друга в зависимости от задействованных параметров. Для диагностики любых неисправностей используется многоклассовый подход классификации на основе SVM. Выбор функции ядра определяет

Характеристики процесса классификации

, показывающие превосходное применение при обнаружении неисправностей в сигналах тока статора.

Вектор

Current Park использует двумерное представление, следовательно, подходит для описания явлений трехфазного асинхронного двигателя.Компоненты векторов текущего парка (id и iq) являются функцией основных фазных токов ia, ib, ic, как показано в следующих уравнениях.

иллюстрация не видна в этом отрывке

/ - максимальное значение тока питающей фазы, m - частота питающей сети, t - временная переменная.

Чтобы определить неисправность двигателя, текущая составляющая парка из трех фазных переменных сравнивается с таковой из идеальных условий.

Обзор литературы

Предлагается множество методов диагностики моторики, которые отличаются диагностической эффективностью и эффективностью.Метод быстрого преобразования Фурье (БПФ) для анализа неисправностей двигателя - это метод, который позволяет обнаруживать неисправности с использованием фазного тока двигателя, утечки осевого потока, электромагнитного момента и механических колебаний двигателя. Это распространенный метод, созданный из-за необходимости генерировать сигналы, связанные с физическим явлением асинхронного двигателя, в отличие от подхода асимметрии, который основан на внутренних операциях асинхронного двигателя.

3. ОБЩИЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Неисправности промышленного двигателя могут быть внутренними или связаны с физическим явлением двигателя.Внутренние неисправности подразделяются на механические и электрические. Электрические неисправности возникают из-за коротких витков статора, которые возникают из-за тяжелых соединительных колец, прикрепленных к стержням ротора, и, следовательно, большие центробежные силы могут вызывать напряжение на стержнях.

Неисправности ротора

Есть несколько факторов, которые приводят к поломке стержней ротора или соединительного кольца, такие как рабочие циклы прямого пуска, не предназначенные для двигателя, пульсирующие механические нагрузки и плохо изготовленный кожух ротора, а также тепловые напряжения, возникающие на нем во время запуска двигателя. машина.На фото ниже изображена сломанная штанга ротора.

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рис. 4. (Gerg.S, Edward.A & Hussein.D, P.2004 сломанные стержни ротора в асинхронных двигателях)

Короткие повреждения при повороте

Нарушения изоляции вызывают большой процент отказов двигателя в поворотах статора. Это вызывает большой циркулирующий ток в симметричном трехфазном асинхронном двигателе, выделяя тепло в короткозамкнутых витках. Ухудшение изоляции может быть связано с механическими проблемами.Существует четыре типа коротких замыканий статора, витков-витков в катушке и коротких замыканий между катушками одной фазы, междуфазного замыкания и короткого замыкания фазы на землю, как показано на рисунке ниже

.

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рисунок 5. (Мехала П. 2010, различные типы коротких замыканий обмоток)

Влияние составляющей тока на неисправности двигателя, вызванные изменением индуктивности

Конструкция двигателя состоит из двух магнитно связанных систем: статор и ротор.Это похоже на систему трансформатора, которая содержит первичную и вторичную обмотки, но вторичная обычно закорачивается. Следовательно, эквивалентную схему асинхронного двигателя можно нарисовать, как показано ниже (а) и (б)

.

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рисунок 6. Эквивалентная схема асинхронного двигателя.

Где; R1: сопротивление статора, XI: реактивное сопротивление утечки статора, Rc: сопротивление потерь в сердечнике, Xm: реактивное сопротивление намагничивания, R2: сопротивление ротора относительно статора, X2: реактивное сопротивление утечки ротора, известное как статор, и Xeq: эквивалентное реактивное сопротивление утечки {XI + Х2).

Схема ротора представлена ​​на рис. 6

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рисунок 7. Ток в цепи ротора.

Где:

Er - напряжение ротора, R2 - сопротивление ротора, Jx2 - индуктивность ротора.

Двигатель имеет фиксированное значение сопротивления. Следовательно, ток ротора во многом зависит от индуктивности двигателя. Увеличение индуктивности увеличивает ток ротора, тогда как уменьшение индуктивности уменьшает ток ротора.

Испытательная схема для моделирования неисправностей

иллюстрация не видна в этом отрывке

Рисунок 8. Тестовая схема для моделирования неисправностей.

На этой схеме показан стабилизатор напряжения, питаемый от трехфазного источника питания. Выходное напряжение - это регулируемое напряжение, которое становится входным напряжением для асинхронного двигателя. Частота

Преобразователь

выдает стабилизированную частоту питания (/ l) на асинхронный двигатель. Данные для диагностики двигателя собираются программой LabVIEW.

4. Диагностика неисправности двигателя с помощью анализа сигнатур сигналов

Различные методы диагностики, применяемые в SSA, включают анализ тока, электромагнитного момента, осевого потока утечки и анализ сигнатуры вибрации. В этой статье предлагается использовать текущий анализ сигнатур с использованием метода быстрого преобразования Фурье (БПФ) для диагностики неисправностей.

Анализ сигнатуры тока двигателя с использованием БПФ

Быстрое преобразование Фурье применяется для преобразования сигнала из временной области в частотную, что позволяет анализировать частотные компоненты сигнала.Три линейных тока, которые предпочтительны для обнаружения и диагностики неисправностей двигателя. Это связано с тем, что мониторинг тока - это неинвазивный метод, поскольку он в основном использует анализ тока статора. Следовательно, были предприняты различные эксперименты и исследования для изучения изменений сигнатуры тока при неисправностях обмоток ротора и статора. Эти эксперименты и исследования показывают, что некоторые частотные составляющие меняют свои амплитуды или появляются несколько частот. Однако теоретические значения частоты, которые зависят от неисправности, различаются от одного исследования или эксперимента к другому.Кроме того, среди прогнозируемых частот изменения некоторые показывают более высокую чувствительность к неисправности, чем другие. В ходе экспериментов точные значения изменений в текущей сигнатуре получают с помощью техники анализа сигнатур сигнала.

[...]

Устройства управления двигателями: Электродвигатели [часть 5]

---

---

Продолж. из части 4

---

Электроприводы переменного тока

Приводы переменного тока

подключаются к стандартным асинхронным двигателям переменного тока и имеют возможности регулируемой скорости, крутящего момента и мощности, аналогичные Приводы постоянного тока.Приводы с регулируемой скоростью сделали индукцию с короткозамкнутым ротором переменного тока. двигатели столь же управляемы и эффективны, как и их аналоги постоянного тока. Индукция переменного тока скорость двигателя зависит от количества полюсов двигателя и частоты приложенная мощность. Число полюсов на статоре двигателя могло быть увеличенным или уменьшенным, но это имеет ограниченную полезность. Хотя Частота переменного тока источника питания в США составляет 60 Гц, достижения в области силовой электроники делают практичным изменение частоты и результирующая скорость асинхронного двигателя.

Рис. 54 Моторный привод переменного тока. Rockwell Automation, rockwellautomation.com.

Рис. 55 Контроллер частотно-регулируемого привода. Корпорация компьютерного управления, www.versadrives.com. Трехфазный ввод питания; Преобразователь постоянного тока, фильтр инверторный;

Рис. 56 Соотношение вольт на герц регулируется до постоянного значения. Формы выходных сигналов двигателя;

Частотно-регулируемый привод

Система частотно-регулируемого привода (VFD), также известная как система с регулируемой скоростью система привода, как правило, состоит из двигателя переменного тока, контроллера и операторский интерфейс.

Обычно предпочтительны трехфазные двигатели, но некоторые типы однофазных моторы могут быть использованы. Двигатели, рассчитанные на постоянное сетевое напряжение операции часто используются, но некоторые усовершенствования стандартного двигателя конструкция обеспечивает более высокую надежность и лучшую производительность частотно-регулируемого привода. Упрощенный Схема контроллера ЧРП показана на рис. 55. Три основных раздела контроллера следующие:

Преобразователь

- - Исправляет входящую трехфазную Мощность переменного тока и преобразует его в постоянный ток.

Фильтр постоянного тока (также известный как звено постоянного тока или шина постоянного тока) - обеспечивает плавное выпрямление Напряжение постоянного тока.

Инвертор - Включает и выключает постоянный ток так быстро, что двигатель получает пульсирующее напряжение, подобное переменному току. Скорость переключения контролируется для изменения частоты смоделированного переменного тока, подаваемого на двигатель.

Характеристики двигателя переменного тока

требуют, чтобы подаваемое напряжение было пропорционально регулируется приводом при изменении частоты.Например, если мотор рассчитан на работу при 460 В при 60 Гц, подаваемое напряжение должно снизится до 230 В при снижении частоты до 30 Гц. Таким образом соотношение вольт на герц необходимо отрегулировать до постоянного значения (460/60 = 7,67 в данном случае). Самый распространенный метод регулировки мотора напряжение называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). С контролем напряжения PWM, переключатели инвертора используются для разделения смоделированного синусоидального выхода форма волны в серию узких импульсов напряжения и модулирует ширину импульсов.

Со стандартным пускателем двигателя переменного тока, линейным напряжением и частотой применяются к двигателю, и скорость зависит исключительно от числа полюсов статора двигателя. Для сравнения, привод с электродвигателем переменного тока обеспечивает различную напряжение и частота двигателя, которые определяют его скорость. Выше чем частота, подаваемая на двигатель, тем быстрее он будет работать. Подано питание к двигателю через привод может снизить скорость двигателя ниже базовую скорость, указанную на паспортной табличке, или увеличьте скорость до синхронной скорости и выше.Производители двигателей указывают максимальную скорость, на которой их двигатели могут безопасно работать.

Рис. 57 Пускатель электродвигателя переменного тока и управление приводом. Фиксированное сетевое напряжение и частота; Фиксированное сетевое напряжение и частота; Напряжение и частота сети; Различный напряжение и частота; Базовая скорость; Установка скорости; Мотор; RPM; Два полюса-3600 об / мин Четыре полюса - 1800 об / мин

Рис. 58 Асинхронный двигатель переменного тока с инверторным режимом. Компания Baldor Electric.baldor.com.

Инверторный двигатель

Режим инвертора и векторный режим описывают класс асинхронных двигателей переменного тока. которые специально разработаны для использования с частотно-регулируемыми приводами . Высокая частота переключения и быстрое время нарастания напряжения двигателя переменного тока приводы могут создавать высокие пики напряжения в обмотках стандартных двигателей переменного тока. которые превышают напряжение пробоя их изоляции. Также работающие двигатели на продолжительное время при низких оборотах двигателя уменьшает поток охлаждающего воздуха, что приводит к повышению температуры.Инверторный или векторный режим с номиналом NEMA в двигателях используются высокотемпературные изоляционные материалы, которые могут выдерживать более высокие скачки напряжения и рабочие температуры. Это снижает нагрузку на система утепления.

Двигатели переменного тока

часто приводят в действие переменные нагрузки, такие как насосы, гидравлические системы, и фанаты. В этих приложениях КПД двигателя часто низок из-за работа при низких нагрузках и может быть улучшена путем использования частотно-регулируемого привода вместо регуляторы скорости, такие как ремни и шкивы, дроссельные заслонки, заслонки вентиляторов, и магнитные муфты.Например, насос или вентилятор с регулируемой скоростью. привод, работающий на половинной скорости, потребляет только одну восьмую энергии по сравнению с одним работающим на полной скорости, что дает значительную энергию экономия.

ВИКТОРИНА :

1. Перечислите три основных раздела контроллера частотно-регулируемого привода переменного тока. и укажите функцию каждого раздела.

2. Должен использоваться асинхронный двигатель, рассчитанный на 230 В при 60 Гц. с помощью ЧРП.Когда частота снижается до 20 Гц, до какого значения должен снизить напряжение, чтобы сохранить соотношение вольт на герц?

3. Как привод переменного тока изменяет скорость асинхронного двигателя?

4. Инверторные или векторные асинхронные двигатели переменного тока являются наиболее распространенными типами предназначены для использования с частотно-регулируемыми приводами. Почему?

---

Продолж. к части 6

Привод переменного тока

- частотно-регулируемый привод (VFD)

Принцип работы частотно-регулируемого привода (VFD)

Частотно-регулируемый привод (VFD) состоит из трех основных элементов: двигателя переменного тока , (обычно трехфазного асинхронного двигателя), контроллер привода и пользовательский интерфейс .

Электродвигатель переменного тока

Асинхронный электродвигатель переменного тока часто имеет фиксированную скорость, поэтому контроллер является относительно простым. Он подает напряжение в трех фазах в последовательности на катушки статора в двигателе, создавая вращающееся магнитное поле. Это индуцирует электрическое поле, приводящее в движение ротор.

Контроллер привода переменного тока

Типичный промышленный контроллер привода переменного тока имеет три полумоста, каждый из которых подает синусоидальное напряжение на статор.Для регулируемой частоты в контроллерах используются скалярные алгоритмы для изменения напряжения для определения частоты фаз или вольт / герц. Использование более сложных алгоритмов становится все более популярным в двигателях высокого класса. Примеры включают векторное управление или полевое управление (FOC), которые используются для управления частотой нескольких фаз.

Добавление приводов с регулируемой скоростью увеличивает сложность алгоритмов управления.

Эти приводы также нуждаются в контроллере для обеспечения возможности плавного пуска для снижения нагрузки на двигатель и скачков тока двигателя во время запуска.Это важно для снижения нагрузки на двигатель и обеспечения максимального срока службы промышленного привода в заводском цехе.

Это связано с тем, что двигатели могут иметь пусковые токи в семь-десять раз больше рабочего тока, а требуемый крутящий момент может быть в три раза выше при пуске по сравнению с тем, когда он работает. Цифровой контроллер устройства плавного пуска непрерывно контролирует напряжение во время запуска, подстраиваясь под нагрузку двигателя, чтобы обеспечить плавное ускорение, управление скоростью и крутящим моментом.Он используется для запуска и остановки системы привода электродвигателя переменного тока, что снижает нагрузку на привод. Это также снижает нагрузку на источник питания, снижает потребление энергии и приводит к значительной экономии затрат.

Интерфейс привода переменного тока

Интерфейс привода переменного тока может осуществляться через ряд различных соединений. Они могут варьироваться от токовой петли 4 до 20 мА, сигнала напряжения от 0 до 10 В постоянного тока или удаленного подключения через Ethernet или канал беспроводной связи .

Функции защиты частотно-регулируемого привода на двигателе

Преобразователь частоты имеет следующие десять защит на двигателе:

1. Защита от перенапряжения
   Выход частотно-регулируемого привода имеет функцию автоматического регулятора напряжения для управления внешней потребляемой сверхмощной мощностью, не превышающей номинальное напряжение двигателя.
2. Защита от пониженного напряжения
   Когда напряжение двигателя ниже 90% от нормального, частотно-регулируемый привод переходит в режим защиты и снижает выходную частоту.Когда напряжение двигателя ниже 65,2% от нормального, он отключается.
3. Защита от перегрузки по току
   Когда ток двигателя превышает определенный диапазон номинальных значений, частотно-регулируемый привод снижает выходную частоту или отключается для защиты.
4. Защита от обрыва фазы
   VFD может контролировать выходное напряжение, и когда выходная фаза пропадает, частотно-регулируемый привод подает сигнал тревоги и отключает его через некоторое время для защиты двигателя.
5. Защита от перефазировки
   VFD может заставить двигатель вращаться только в одном направлении и не может быть установлен, если пользователь не изменит последовательность фаз двигателей A, B и C, иначе нет возможности реверсирования.
6. Защита от перегрузки
   Когда ток двигателя превышает номинальный, частотно-регулируемый привод защищает двигатель, останавливая его, когда ток двигателя превышает номинальный в 2 раза и длится 1 минуту.
7. Защита от заземления
   Эту функцию обеспечивают трансформатор и реле защиты от заземления. Когда одна или две фазы заземлены, частотно-регулируемый привод подает сигнал тревоги. Конечно, он также может быть спроектирован так, чтобы немедленно отключаться при заземлении, если это потребуется пользователю.
8. Защита от короткого замыкания
   Короткое замыкание на выходе частотно-регулируемого привода неизбежно приведет к перегрузке по току. В этом случае ЧРП может отключить двигатель за 10 микросекунд для защиты.
9. Защита от превышения тактовой частоты
   ЧРП имеет функцию ограничения максимальной и минимальной частоты, так что выходная частота может находиться только в указанном диапазоне, тем самым реализуя функцию защиты от превышения тактовой частоты.
10. Защита от опрокидывания
    Защита от опрокидывания обычно применяется для синхронных двигателей.Для асинхронных двигателей остановка во время разгона обязательно связана с перегрузкой по току, и частотно-регулируемый привод может защитить двигатель от перегрузки по току и защиты от перегрузки. Остановки во время замедления можно избежать, установив безопасное время замедления при вводе в эксплуатацию.

Покупка частотно-регулируемого привода ATO для защиты двигателя сейчас, частотно-регулируемого привода мощностью 1 л.с., частотно-регулируемого привода мощностью 30 л.с., частотно-регулируемого привода 60 л.с. ...

Регенерация с помощью преобразователей частоты

Когда нагрузка переходит в режим капитального ремонта - двигатель тянет быстрее, чем его синхронная скорость - двигатель действует как генератор переменного тока, преобразуя механическую энергию в электрическую.Если мы введем в уравнение регулируемый частотный регулятор (AFC), синхронная скорость может быть любой рабочей скорости. Синхронная скорость двигателя переменного тока пропорциональна приложенной частоте. Например, четырехполюсный двигатель, работающий от сети 60 Гц, имеет синхронную скорость 1800 об / мин. При 30 Гц это 900 об / мин.

Типичным примером регенеративного приложения является лифт. Мотор загружается, когда он поднимает кабину лифта и ее содержимое. Однако при движении вниз двигатель «сдерживается» при спуске (отрицательный крутящий момент) и должен иметь место для передачи этой регенерирующей энергии.На самом деле, большинство лифтов имеют достаточный противовес, чтобы минимизировать как моторизованную, так и рекуперативную нагрузку, но оба они все еще существуют.

Примеры регенеративных применений: намоточные и разматыватели Станки Динамометры Лифты Центрифуги Режущие ножи Контроль натяжения Испытательные стенды Подъемники и краны Спускные конвейеры Питатели прессов Столы биения

Многие, казалось бы, безобидные приложения могут фактически становиться регенеративными во время определенных этапов своей работы. Когда прикладываемая частота внезапно уменьшается до большого центробежного вентилятора, он превращается в высокоинерционный маховик, ищущий место для передачи своей энергии.Точно так же пресс может иметь эксцентрический противовес для баланса, вызывающий регенеративный ход во время его цикла вниз.

Каждую нагрузку следует проверять, чтобы определить, какая нагрузка при капитальном ремонте может быть во время любой части рабочего цикла. Если это капитальный ремонт, у пользователя есть несколько вариантов рассеивания избыточной мощности:

• Отрегулируйте высокоинерционные нагрузки, увеличив время замедления.
• Добавьте резистивный демпфер через шину постоянного тока для обработки кратковременных прерывистых рекуперативных нагрузок.В этих устройствах датчики измеряют напряжение на шине постоянного тока. Когда оно превышает определенные пределы, силовая цепь подключает резистор к шине постоянного тока для рассеивания избыточной энергии.
• Используйте AFC с линейной регенерацией или дополнительный регенеративный модуль для более тяжелых ситуаций с регенерацией. AFC, оснащенные системой регенерации линии, могут выдерживать как прерывистые, так и непрерывные ремонтные нагрузки.

Безрегенеративные приводы AF

Большинство преобразователей частоты переменного тока имеют общую рабочую конфигурацию - можно изменять частоту и напряжение, подаваемое на двигатель переменного тока.Самый эффективный способ добиться этого - сначала преобразовать входящую мощность переменного тока в постоянный ток, отфильтровать его, а затем подать на преобразователь постоянного тока в переменный. Силовые полупроводники в инверторе модулируют этот постоянный ток в переменный ток переменного напряжения с переменной частотой для питания асинхронного двигателя, рис. 1. Наиболее распространенный сегодня метод синтеза этого трехфазного переменного напряжения двигателя известен как широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Обычно AFC имеет улицу с односторонним движением - выпрямитель, который может подавать питание только на шину постоянного тока.Нет никаких условий для передачи энергии из секции инвертора обратно в линию электропередачи. Причина: в большинстве AFC используются однонаправленные выпрямители переменного тока в постоянный, обычно состоящие из диода или мостового выпрямителя SCR. Это имеет экономический смысл для большинства приложений, связанных только с автомобилем.

Когда возникает переоснащенная нагрузка, этим AFC некуда вкладывать большие количества энергии. Проблема усугубляется тем фактом, что секция преобразователя постоянного тока в переменный является двунаправленной, что позволяет противодействовать напряжению двигателя (CEMF) для увеличения напряжения на шине постоянного тока.Однако обычная выпрямительная секция не может вернуть питание в сеть. Если состояние нагрузки для капитального ремонта сохраняется, привод может выключиться, потому что напряжение на шине постоянного тока превышает допустимые пределы.

Причины использования регенеративных АЧХ

Есть несколько основных причин использовать регенеративные АЧХ:

Быстрое или контролируемое замедление грузов, таких как большие валки или центрифуги.

Рекуперация энергии в приложениях с высоким рабочим циклом и приложениях с непрерывной регенерацией, таких как разматыватели.

Генерирующая мощность с индукционными генераторами, приводимыми в действие ветровой энергией. Основные преимущества этого приложения:

• Производство электроэнергии в диапазоне скоростей ветра.
• Простота, низкая стоимость и обслуживание индукционного генератора.
• Высокий коэффициент мощности.

Вехи технологий

Три последних технологических достижения привели в моду регенеративную АЧХ:

Улучшенные силовые полупроводники , такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые представляют собой гибридные устройства MOSFET / BJT.Они могут переключать на и на сотен ампер, тысячи раз в секунду, даже при управлении цифровыми сигналами (единицы и нули).

Более быстрое микропроцессорное управление за счет использования 32-битных микропроцессоров на высоких тактовых частотах. Это позволяет регенеративному регулятору обрабатывать сложные математические алгоритмы, необходимые для оптимального управления током, напряжением, полным гармоническим искажением, крутящим моментом двигателя, мощностью и коэффициентом мощности.

Вектор ШИМ AFC использует обратную связь по скорости от двигателя для управления двигательным и рекуперативным крутящим моментом в области линейного крутящего момента для многих приводов.Другие используют сложные алгоритмы управления для расчета нагрузки и скорости двигателя, тем самым устраняя необходимость в обратной связи по скорости двигателя. Однако они обычно имеют более низкий отклик, чем конструкции с обратной связью.

Типы регенеративных регуляторов AF В таблице приведены характеристики следующих четырех типов регенеративных регуляторов частоты.

Приводы синхронного выпрямителя

Эти блоки содержат два полных моста IGBT, оба с ШИМ-управлением, рисунок 2.Входные переменные токи питания почти синусоидальны и не содержат пятой и седьмой гармоник, создаваемых АПЧ, в которых используются выпрямители на диодных мостах.

В моторном режиме секция выпрямителя IGBT работает с резонансно настроенным входным линейным дросселем и конденсатором шины постоянного тока для создания напряжения на шине постоянного тока. Сложная схема переключения обеспечивает более высокое напряжение на шине постоянного тока, чем напряжение, создаваемое обычным диодным мостовым выпрямителем. Эта способность регулировать постоянное напряжение может быть полезной в условиях пониженного напряжения.

Во время регенерации мост IGBT подает импульсы избыточного напряжения на шине постоянного тока в линию переменного тока, минимизируя гармонические искажения и увеличивая коэффициент входной мощности.

В настоящее время используется в инженерных системах привода, эта конструкция будет доступна в следующем году для стандартных приводных приложений.

Ключевые преимущества и особенности:

• Двунаправленный поток мощности к линии переменного тока и от нее.
• Регулируемый входной коэффициент мощности.
• Наименьшие гармоники в сети переменного тока.
• Возможность создания более высоких выходных напряжений двигателя, чем входное.
• Подходит для обычных шин постоянного тока.
• Прохождение провала мощности при падении напряжения в сети.

Двунаправленный транзисторный выпрямитель

Разработанный для использования в качестве дополнительного модуля к АПЧ с ШИМ, этот обратнопроводящий мост аналогичен базовому силовому мосту в мосте синхронного выпрямителя. Двунаправленные модули могут использоваться независимо на автономных односекционных АПЧ с ШИМ; или их можно использовать для дополнения системы с общей шиной с несколькими AFC.

Автономные модули контролируют напряжение на шине постоянного тока. Когда заданный порог превышен, мост IGBT включается на пике синусоидальной волны входной мощности. Поскольку мощность возвращается в линию в точном центре цикла синусоидальной волны, существует небольшое угловое смещение между током и напряжением (определение коэффициента мощности смещения).

Инвертор источника тока (CSI)

Основанные на отработанной технологии SCR, инверторы источника тока (CSI) являются уникальными среди AFC.CSI могут фактически переставлять источник переменного тока и нагрузку во время регенерации. Как следует из названия, этот AFC является источником тока, который регулирует напряжение на клеммах двигателя. В основе CSI лежит большой дроссель постоянного тока, рис. 3. Его индуктивность в 10 раз превышает индуктивность двигателя. (Индуктивность препятствует изменению тока.) Во время регенерации напряжение на шине постоянного тока меняет полярность. Это действие позволяет однонаправленному преобразователю SCR вернуть мощность в линию переменного тока.

CSI

лучше всего подходят для автономных приложений, требующих медленного динамического отклика.Типичные примеры включают центрифуги, вытяжные и нагнетательные вентиляторы и центробежные насосы.

Основные преимущества и особенности:

• Прочные секции преобразователя и инвертора SCR.
• По своей сути регенеративный.
• Относительно низкие производственные затраты.
• Коммерчески целесообразно для приложений мощностью 100 л.с. и выше.

ШИМ с рекуперативным шестипульсным тиристорным выпрямителем

Обычно называемый S-6R, шестипульсный мостовой выпрямитель с управляемым мостом в этом блоке ШИМ имеет второй выпрямитель с обратным подключением, рисунок 4.Обычной практикой с рекуперативными приводами постоянного тока является подключение обоих выпрямительных мостов параллельно к линии переменного тока. В AFC выпрямитель должен быть защищен от сбоев инвертирования. Эти сбои возникают, когда напряжение на шине постоянного тока превышает пиковое значение синусоидального напряжения сети переменного тока. Эта разница напряжений обычно приводит к тому, что один из тиристоров обратного моста остается в проводящем состоянии, в то время как тиристоры прямого моста также проводят. Эта двойная проводимость вызывает межфазное короткое замыкание, превращая дорогие приводы в дымогенераторы.

Чтобы избежать этой проблемы, подключите обратный выпрямитель к источнику более высокого напряжения (обычно к трансформатору с более высоким вторичным напряжением), рис. 5.

Регенеративные ШИМ-преобразователи с выпрямителями S-6R предлагают:

• Надежные силовые полупроводники SCR.
• Реверсивная шестиимпульсная силовая цепь, адаптируемая к приложениям с общей шиной.
• Прохождение провала мощности с использованием фазового управления и прямого управления фазой.

Конфигурация общей шины постоянного тока

Для экономии энергии и уменьшения требуемой мощности входного выпрямителя переменного тока в постоянный, несколько AFC могут использовать общую шину постоянного тока, рисунок 5.Это позволяет приводам, которые регенерируют, подавать энергию на двигатели.

Если полезная мощность всегда находится вдали от линии переменного тока (больше приводов работает, чем регенерирует), регенеративный преобразователь не нужен. В этом случае регенерированная мощность немедленно повторно используется моторными приводами.

Одним из основных преимуществ использования нескольких AFC на общей шине постоянного тока является то, что вы можете использовать один рекуперативный модуль, рассчитанный на возврат энергии в худшем случае. Таким образом, регенеративный модуль должен иметь возможность обрабатывать только избыточную энергию, которая не используется моторизованными AFC.

Инженер, проектирующий общую шину постоянного тока, должен согласовать индивидуальную защиту AFC. В большинстве систем используется множество комбинаций предохранителей, автоматических выключателей и реакторов. Кроме того, электролитические конденсаторы в шине постоянного тока хранят огромное количество энергии. Следовательно, важно не допускать, чтобы изолированный отказ AFC приводил к катастрофическому отказу всей системы.

Норман К. Линднер - старший специалист по продукции компании Reliance Electric Co., Кливленд.

Статьи по теме

Какая ИС управления двигателем с ШИМ лучше всего подходит для вашего приложения?

Недорогой мониторинг скорости в реальном времени и управление трехфазным асинхронным двигателем с помощью подхода управления напряжением / частотой

-предложен контроль скорости и замкнутого цикла трехфазного асинхронного двигателя (ИД). Предлагаемое решение основано на подходе к регулированию напряжения / частоты (V / F) и на ПИ-регуляторе, предотвращающем всплеск. Он использует набор Waijung Blockset, который значительно снижает тяжесть и сложность задачи программирования микроконтроллера, которая постоянно имеет решающее значение для реализации и управления такими сложными приложениями.Действительно, он автоматически генерирует коды C для многих типов микроконтроллеров, таких как семейство STM32F4, также используемых в этом приложении. Кроме того, он предлагает экономичную конструкцию, сокращающую количество компонентов системы и повышающую ее эффективность. Чтобы доказать эффективность предложенной конструкции, проводятся не только результаты моделирования для широкого диапазона изменений нагрузки и опорной скорости, но и экспериментальная оценка. Эффективность управления в реальном времени с обратной связью доказана с использованием сервера данных aMG SQLite через плату порта UART, тогда как Waijung WebPage Designer (W2D) используется для задачи веб-мониторинга.Результаты экспериментов подтверждают точность и надежность предложенного решения.

1. Введение

В последние десятилетия приводы с асинхронными двигателями (IM) становятся все более популярными в промышленных приложениях, а также в бытовой технике благодаря своей надежности, низкой стоимости, прочности, простоте обслуживания и простоте. управления [1–3].

Методы управления IM в основном подразделяются на два основных класса: скалярное управление и подходы векторного управления [4–6].Скалярное управление, широко известное как управление напряжением / частотой (V / F), рассматривается как простой подход, основанный на управлении амплитудой и частотой напряжения питания. Для косвенного управления скоростью IM используется трехфазный инвертор источника напряжения (VSI), управляемый методом широтно-импульсной модуляции (PWM). Однако, несмотря на простоту реализации, скалярные методы управления не могут достичь наилучших характеристик во время переходных процессов, что считается основным недостатком [1, 7, 8].

Подходы к векторному управлению, также известные как подходы с ориентированным на поле (FOC) подходы, позволяют управлять не только амплитудой и частотой напряжения, как это имеет место для скалярных подходов управления, но также и мгновенным положением потока векторы напряжения и векторы тока [9, 10]. Они рассматриваются как подходы, основанные на математических моделях. Особенно в переходном режиме они гарантируют лучшие характеристики управления по сравнению со скалярными подходами к управлению. К сожалению, такие методы управления имеют сложные алгоритмы и требуют много вычислительного времени [11–13].

Поскольку простота алгоритма управления представляет большой интерес для пользователей, скалярный подход управления по-прежнему считается наиболее используемым в промышленных приложениях, особенно когда точность отклика скорости в переходном режиме не является обязательной, например, для вентиляции. и системы кондиционирования воздуха, а также системы отопления и откачки [13–15]. Целью этих методов является управление скоростью АД путем поддержания постоянного магнитного потока статора. Величина потока статора пропорциональна отношению между напряжением статора и частотой.Однако, если это соотношение остается постоянным, поток остается постоянным. Кроме того, при поддержании постоянного V / F развиваемый крутящий момент остается приблизительно постоянным. Этот метод дает более высокую оперативную эффективность [16, 17]. Поэтому в большинстве скоростных приводов переменного тока (ACSD) для управления скоростью используется метод постоянного напряжения / частоты. Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, этот метод также предлагает возможность «плавного пуска» [18, 19].

Напротив, большой прогресс в области микроконтроллеров и силовых электронных компонентов стал важным фактором в обработке приводов с регулируемой скоростью [20–22].Например, семейство микроконтроллеров STM32F4 предлагает высококачественные характеристики при обслуживании высокопроизводительных приводов с регулируемой скоростью. Программирование микроконтроллеров для таких тяжелых и сложных приложений с использованием традиционных языков (таких как ассемблер, языки C или C ++) увеличивает время масштабирования таких приложений. Кроме того, это требует наличия эксперта в области компьютерного программирования с глубокими знаниями архитектуры процессора. Кроме того, чтобы снизить эксплуатационные расходы и повысить надежность и безопасность предлагаемой конструкции, промышленные приложения должны контролироваться в режиме реального времени, что обеспечивает идеальный контроль и наблюдение за системой.Следовательно, мониторинг в реальном времени стал основной задачей для инженеров и исследователей в промышленных приложениях, таких как насосная, горнодобывающая промышленность, железные дороги и промышленные приводы. [23–25].

В данной работе мы предлагаем новую конструкцию недорогой системы контроля скорости и управления трехфазным асинхронным двигателем в режиме реального времени. Система управления, работающая в соответствии с правилом постоянной V / F, разработана с использованием VSI на основе метода пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (SVPWM) и трехфазного IM, нагруженного магнитным силовым выключателем.Вайджунг также предназначен для решения этой проблемы. Это набор блоков Simulink, который можно использовать в качестве целей для простой и автоматической генерации кода C из имитационных моделей Matlab / Simulink для микроконтроллера STM32F4 Discovery. Мониторинг скорости в реальном времени и управление предложенным алгоритмом осуществляется двумя разными способами. Первый основан на порте COM / UART и конвертере USB, а второй использует Waijung WebPage Designer (W2D). Оборудование, необходимое для этого приложения, сгруппировано как MG Labkit F4N, подходящее для многих промышленных приложений.Насколько нам известно, такие решения никогда ранее не тестировались для ACSD, несмотря на важность решения. Кроме того, оценка производительности предложенного алгоритма будет проверяться не только с помощью результатов компьютерного моделирования, но также с помощью экспериментальной оценки для широкого диапазона изменений нагрузки и опорной скорости.

Эта статья имеет следующую структуру. В разделе 2 представлена ​​математическая модель трехфазного АД и соответствующей приводной системы. Раздел 3 представляет разработанный подход скалярного управления для управления IM с обратной связью.В разделе 4 эффективность предложенного подхода доказывается результатами моделирования. Наконец, в разделе 5 расширены экспериментальные результаты для различных сценариев.

2. Математическое моделирование процессов

2.1. Асинхронный двигатель

Электрическая машина, рассматриваемая в этой статье, представляет собой трехфазную асинхронную машину с короткозамкнутым ротором. Основные электрические уравнения в стационарной системе отсчета могут быть записаны в следующей форме [7–9]:

В предыдущей системе уравнений - вектор напряжения статора на фазу, а и представляют поток статора / ротора, соответственно.Токи статора / ротора обозначены и. и - сопротивления статора / ротора соответственно. и - индуктивность рассеяния и соотношение между взаимной индуктивностью и индуктивностью ротора соответственно. Электрическая скорость и количество пар полюсов обозначены и соответственно. Для расчета электромагнитного момента можно использовать различные выражения. Наиболее часто используемое соотношение описывается уравнением (4), где - коэффициент вязкости, - момент инерции, - момент нагрузки.

2.2. Привод с асинхронным двигателем

На рис. 1 показана связь между трехфазным преобразователем напряжения и IM. Силовая цепь преобразователя в основном состоит из трех модулей, а именно, трехфазного выпрямителя, конденсатора фильтра переменного / постоянного тока и трехфазного инвертора, при этом D ₁ –D ₆ являются трехфазным выпрямителем. диодная цепь, C - шина постоянного тока конденсатора фильтра, а C ₁ –C ₆ - переключатели питания. Инвертор с трехфазным источником, задачей которого является обеспечение переменного напряжения и переменной частоты на выходе посредством управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), управляет IM [26].Для генерации команды сигнала для инвертора напряжения можно использовать несколько методов ШИМ [13, 15, 19]. В этой работе мы используем технику SVPWM.

2.3. Метод пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции

Рассматривая трехфазный инвертор без потерь, выходное напряжение получается в соответствии с напряжением шины постоянного тока Vdc и логическим состоянием трех высших переключателей (C1, C2, C3). Таким образом, существует восемь возможных логических комбинаций (C1, C2, C3), приводящих к шести векторам активного напряжения и двум векторам нулевого напряжения.Пространственный вектор выходного напряжения инвертора можно выразить следующим выражением: где k, - целое число, обозначающее комбинации переключения [13, 26]. В комплексной плоскости dq различные векторы напряжения, подаваемые инвертором, и соответствующие комбинации переключателей C1, C2 и C3 показаны на рисунке 2.

Цель SVPWM - создать вектор среднего напряжения во время PWM. период, равный желаемому вектору напряжения. Это делается путем применения соседних векторов в течение заданного времени, в течение заданного времени и нулевого вектора или в течение необходимого количества времени.Таким образом, чтобы получить среднее значение, равное за период, мы должны иметь следующее соотношение:

Значения, и могут быть вычислены с использованием следующих уравнений: где коэффициент обозначает отношение напряжений.

Для соблюдения условия модуль запрошенного напряжения должен проверить следующее условие:

Здесь следует отметить, что условие, данное условием (6), относящееся к выполнимости синтеза, устанавливается путем рассмотрения вектора напряжения в системе отсчета Concordia, что означает, что используемая величина соответствует либо умноженному на среднеквадратичное значение, либо умноженному на максимальное значение в естественной системе.

3. Схема скалярного управления

Методология скалярного управления фокусируется только на динамике установившегося состояния, позволяет регулировать напряжение питания, а также его частоту, чтобы их соотношение оставалось постоянным, чтобы избежать насыщения магнитного потока, и влияет на доступный крутящий момент машины [7, 8]. Исходя из уравнения (1) и предполагая, что падение напряжения на сопротивлении статора мало по сравнению с напряжением статора в основном в областях с малым скольжением, поток статора можно выразить как [12, 16] где - величина напряжения статора и - частота питающей сети (Гц).Электромагнитная характеристика проскальзывания крутящего момента в стационарном режиме имеет следующий вид [6]: где - скольжение, и представляют собой сопротивление ротора и полное реактивное сопротивление утечки, расположенные в роторе, соответственно.

В области малого скольжения (нормальные рабочие условия) приведенное выше уравнение упрощается до

Это означает, что если поток статора поддерживается постоянным, изменение крутящего момента как функция скольжения почти линейно.

Регулировка частоты естественна для приводов с регулируемой скоростью.Однако требуется, чтобы напряжение было пропорционально частоте, чтобы поток статора оставался постоянным, если сопротивлением статора пренебречь. V / F-управление без обратной связи IM является одним из наиболее распространенных методов, широко используемых в промышленности из-за его простоты, низкой стоимости и производительности [27]. Поскольку скорость ротора будет немного меньше синхронной скорости из-за скорости скольжения, скорость двигателя нельзя точно контролировать. Кроме того, поскольку скорость ротора в этой схеме не измеряется, пульсация скольжения не может поддерживаться.Следовательно, может иметь место работа в нестабильной области характеристики крутящий момент-скорость. Точно так же токи статора могут значительно превышать номинальный ток под действием упомянутой выше точки и, таким образом, подвергать опасности комбинированную инверторную машину. Эти недостатки должны быть решены путем создания внешнего контура управления в приводе IM, где фактическая скорость ротора должна сравниваться с эталонным значением, и, следовательно, возникает ошибка между этими переменными [16–18]. Эта ошибка обрабатывается с помощью ПИ-регулятора и ограничителя для получения команды скольжения-скорости.Команда частоты инвертора генерируется путем сложения команды скольжения и сигнала фактической скорости, а команда частоты генерирует команду напряжения или его соотношение напряжений через функциональный генератор вольт / герц. Полученные и применяются к двигателю с помощью SVPWM-VSI.

При работе на малой скорости падением напряжения на сопротивлении статора нельзя пренебречь по сравнению с падением реактивного сопротивления утечки. И наоборот, при работе на скорости, большей, чем соответствующая номинальной частоте, происходит ослабление магнитного поля.Чтобы избежать этих аномалий, структура управления U / F должна учитывать падение напряжения на сопротивлении на низкой скорости, чтобы поддерживать постоянный поток статора, и должна ограничивать напряжение при достижении номинальной частоты. Затем входное напряжение регулируется в соответствии с частотой, необходимой для конкретного задания скорости, как показано в следующем уравнении [12, 16, 21]:

Схема управления IM с регулируемым напряжением и скольжением показана на рисунке. 3.

Для улучшения характеристик обычного скалярного управления используется ПИ-регулятор, препятствующий сворачиванию.ПИ-регулятор, предотвращающий зависание, является усовершенствованием классического ПИ-регулятора. Использование стратегии защиты от закручивания заключается в том, чтобы предотвратить переход контроллера в глубокое насыщение и проверить выходной сигнал контроллера при больших изменениях уставки. Это помогает предотвратить чрезмерный выброс во время запуска IM и гарантирует желаемую производительность независимо от условий эксплуатации, то есть от опорных колебаний и моментов нагрузки [8, 20]. На рисунке 4 показана блок-схема ПИ-регулятора, где разница между выходным значением и входным значением блока насыщения используется в качестве сигнала обратной связи через коэффициент усиления (1 / Tt) для пересылки входного сигнала интегратору.

4. Результаты моделирования

Чтобы проанализировать и проверить характеристики предлагаемого решения, методология управления, показанная на рисунке 3, выполняется с использованием программного обеспечения MATLAB / Simulink для технических характеристик IM, которое приведено в таблице 1 Результаты моделирования приведены для различных условий эксплуатации. Здесь представлены два основных сценария: реакция скорости при отклонениях крутящего момента нагрузки и характеристика скорости при отклонениях базовой скорости.Время выборки, используемое во всем моделировании, составляет 100 мк с.

Обозначение параметра Значение параметра Сопротивление статора 9064 Индуктивность главного ротора Взаимная индуктивность Число пар полюсов Номинальная частота 9064 Номинальное напряжение Номинальный коэффициент мощности

4.1. Сценарий 1: Отклик скорости при изменении крутящего момента под нагрузкой Кренеля

В этом тесте используется эталонный сигнал 150 рад / с, который равен номинальной скорости. Изменение крутящего момента нагрузки происходит от нуля до номинального крутящего момента: 0 - 5 с, 3 Нм - 10 с, 6,82 Нм - 20 с, 3 Нм - 30 с и 0 - 40 с. На рисунках 5–9 представлены полученные результаты моделирования. Эти рисунки показывают, что предложенный алгоритм работает идеально, а ПИ-регулятор, предотвращающий вспучивание, обеспечивает наилучший отклик.На рис. 5 показано, что характеристика скорости совпадает с эталонной. Это подтверждается рис. 6, показывающим увеличенное изображение на рис. 5. Скорость реакции практически идеальна, без перерегулирования и незначительной задержки. На рисунках 7 и 8 показан отклик напряжения статора. Отношение напряжений изменяется в зависимости от опорной скорости и пропорционально пульсации статора, что подтверждает постоянство магнитного потока как основного свойства скалярного управления. На рисунке 9 показаны пульсации статора и ротора и подтверждается, что пульсация скольжения (разница между пульсациями статора и ротора) пропорциональна крутящему моменту нагрузки, как упоминалось ранее в уравнениях (10) и (11).На рисунке 9 пульсация скольжения находится в диапазоне от 0 (без нагрузки) до 30 рад / с (в номинальном рабочем состоянии).

4.2. Сценарий 2: Отклик скорости при вариациях опорной скорости

В этом имитационном тесте проверяется влияние вариаций опорной скорости на управление скоростью. На рисунке 10 представлена ​​характеристика скорости ротора при изменении зубца опорной скорости, начиная с 0, затем 100, 120, 157, 150 и 80, и возвращается к 0 рад / с.На Рисунке 10 частота вращения ротора полностью соответствует эталонной. ИД работает без нагрузки; таким образом, пульсации статора и ротора равны, поэтому скольжение равно нулю. На рисунке 11 показано напряжение статора в виде его отношения. Здесь легко проверить, что постоянная V / F подтверждается, потому что траектории пульсаций напряжения статора имеют одинаковую форму.

5. Экспериментальная проверка

В этом разделе экспериментальные результаты, связанные с мониторингом и контролем скорости IM в реальном времени, будут выполнены с помощью двух методов связи.Для первого связь осуществляется через порт UART, а для второго используется Waijung WebPage Designer (W2D). Кроме того, для каждого метода экспериментальные результаты выполняются для двух сценариев, рассмотренных в результатах моделирования.

Испытательный стенд [28], используемый для проверки, построен на основе обнаружения STM32F4 на базе AMG labkit F4. AMG Labkit F4 [29] состоит из недорогого высокопроизводительного оборудования DSP с различными модулями Plug-n-Play. Этот набор поддерживается набором инструментов Matlab / Simulink с Waijung Blockset и Waijung WebPage Designer (веб-мониторинг и управление с помощью перетаскивания) [30].На фотографии на Рисунке 12 показаны основные аппаратные компоненты, используемые в нашем приложении, включая следующее: (i) aMG F4 Connect 2 в качестве щита для включения различных дополнительных плат расширения, указанных ниже (ii) aMG SQLite Database Server для встроенной базы данных (iii) aMG USB Converter-N2 (адаптер Converter-N) для оборудования реального времени в моделировании контура (iv) aMG Ethernet INF для интерфейса LAN (v) aMG CAN INF для интерфейса CAN-шины (vi) STM32F4 DISCOVERY Kit который представляет собой недорогой комплект разработчика от STMicroelectronics

Общий тестовый стенд показан на рисунке 13.Кроме того, он включает в себя следующее: (i) короткозамкнутый IM с параметрами, приведенными в таблице 1. (ii) магнитный порошковый прерыватель в качестве нагрузки для IM. (Iii) инкрементальный энкодер Omron, имеющий 360 импульсов на оборот, связанный с вал машины. (iv) Преобразователь Semikron на основе трехфазного выпрямителя, фильтра шины постоянного тока и трехфазного инвертора. Инвертор используется для управления IM. (V) 2-канальный аналоговый осциллограф с полосой пропускания 20 МГц для визуализации. (Vi) Датчики для измерения тока и напряжения, типы LEM LA25-NP и LEM LV25-P соответственно.

Микроконтроллер ST TM32F4VG407 Контроллер Discovery генерирует основную программу. Он обеспечивает измерение скорости ротора с помощью инкрементального энкодера, достижение алгоритма управления (V / F), включая ПИ-регулятор, антивиндап, и генерацию сигнала ШИМ с пространственной векторной модуляцией для активации шести биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) трехфазный инвертор. Результаты экспериментов записываются с временем выборки 100 мкс.

5.1. Результаты экспериментов через порт связи UART

Аппаратные модули, используемые здесь, это aMG USB Converter-N и плата aMG SQLite Data Server.Два кода, сгенерированные Simulink, созданы для достижения скалярного алгоритма управления IM, которые являются целевым и хост-кодами. Целевой код, сгенерированный Simulink STM32F4, показанный на рисунке 14, позволяет считывать информацию инкрементного энкодера (скорость ротора) для входа ПИ-регулятора. Он заставляет фактическую скорость достигать эталонного значения. Он генерирует сигналы ШИМ с использованием метода симметричного SVPWM. На рисунке 14 показано, что есть две части: набор блоков Waijung (зеленый цвет) и разработанный код (голубой цвет).Здесь используются следующие наборы блоков Waijung: (i) Блок настройки UART для STM32F4 DISCOVERY + aMG F4 Connect 2 + использование настройки преобразователя USB aMG USB-N2 (настройка скорости передачи UART3 5000000 Pin D8 / D9 для Tx / Rx). (Ii) Настройка цели блок, используемый для настройки STM32F4 в модели Simulink. (iii) UART Rx и Tx принимают и отправляют информацию UART из / в хост-программу (через aMG USB connect 2 и USB-конвертер N2). (iv) Базовый PWM использует время 1 для генерации 3 активные высокие сигналы ШИМ (v) Чтение кодировщика использует встроенный таймер STM32F4 для интерпретации данных кодировщика.Однако целевая модель позволяет считывать каналы A и B кодировщика с помощью выводов B4 и B5, соответственно, а также выводить позицию кодировщика и считать как пакет двоичных данных через вывод D8 настройки UART.

Сгенерированные программы касаются инкрементального энкодера, симметричного SVPWM и ПИ-регулятора защиты от сворачивания. На рисунке 15 показан код энкодера, разработанный для считывания информации с инкрементального энкодера и преобразования ее в угловую скорость. На рисунке 16 показан разработанный код Simulink для настройки Таймера 1 для генерации 3 активных высоких сигналов ШИМ с периодом 100 мкс (10 кГц) на выводы E9, E11 и E13 с процентным соотношением рабочего цикла Ra, Rb и Rc соответственно.На рисунке 17 показан код, сгенерированный Simulink ПИ-контроллером, который будет использоваться в ПИ-контроллере антивиндупа.

Код Simulink STM32F4 хоста показан на рисунке 18. Эта модель сконфигурирована с использованием трех наборов блоков Waijung для отправки изменений заданных значений скорости, а полученный пакет двоичных данных отображается в реальном времени как дисплей и график внутри порта COM / UART и канала аппаратного компонента aMG Converter-N2 (преобразователь USB-UART) D .

Производительность и точность спроектированного управления скоростью в реальном времени IM проверяются по двум сценариям: первый сценарий выполняется при ступенчатом изменении задания скорости, где второй сценарий выполняется при ступенчатом изменении нагрузки. крутящий момент при постоянной опорной скорости.

5.1.1. Сценарий 1: Изменение эталонной скорости

Этот тест проводится для подтверждения правильности и хорошей работы антивибрационного контроллера, несмотря на большое изменение эталонной скорости. Значения изменения опорной скорости в рад / с применяются от нуля, затем от 100, 120, 157, 150 и 80 и, наконец, от нуля. ИД здесь работает без нагрузки. Рисунок 19 доказывает, что измеренная скорость идеально соответствует эталону, а время отклика для каждого изменения не превышает 2 с без перерегулирования.Это означает, что контроллер antiwindup работает безупречно, и вся программа хорошо разработана для высокопроизводительного скоростного привода IM.

Поскольку IM не находится под нагрузкой, пульсация скольжения равна нулю, а пульсации статора и ротора равны. Это подтверждается рис. 20, показывающим реакцию пульсации статора ω _s и отмеченную здесь скорость ротора ω _r для вышеуказанного сценария. Пульсация статора изменяется параллельно опорной скорости ω _ref и пропорционально напряжению статора для поддержания постоянного V / F.Это правило подтверждается рисунком 21, где соотношение напряжений изменяется от 65% для опорной скорости 100 рад / с, 78% для 120 рад / с, 100% для 157 рад / с (синхронная скорость), 98% для 150 рад / с. с, и 52% для 80 рад / с.

5.1.2. Сценарий 2: изменение крутящего момента нагрузки

В этой серии испытаний используется номинальная опорная скорость 150 рад / с при ступенчатом изменении крутящего момента нагрузки. На рисунке 22 представлена ​​реакция скорости ротора, когда IM приводится в действие в режиме скалярного управления с обратной связью.Этот рисунок демонстрирует, что для большого изменения крутящего момента нагрузки четырех зубцов, как в испытаниях с моделированием (0, 3, 6,82, 3 и 0 Нм), измеренная скорость поддерживается постоянной, близкой к эталонной. На Рисунке 23 представлено уменьшенное изображение. На Рисунке 22 в устойчивом режиме работы показано, что перерегулирование не превышает 2,6%, а время установления менее 2 с в номинальном режиме. Такие характеристики доказывают, что антивибрационный регулятор PI работает правильно, а его параметры Ki и Kp хорошо спроектированы. Кроме того, доказана тонкая согласованность между сгенерированными кодами Simulink и целевым набором блоков Waijung для STM32F4 Discovery.Кроме того, более эффективное использование Waijung Blockset в приложениях для управления электрическими машинами.

Свойства управления U / F для IM хорошо проверены на рисунках 24–27. Возвращаясь к уравнениям (11) и (12), согласно которым электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения статора и его частоты, эти свойства объясняют, почему соотношение напряжений и пульсации статора увеличиваются и уменьшаются параллельно с моментом нагрузки, чтобы поддерживать скорость ротора. постоянный.Реакция отношения напряжений в реальном времени показана на рисунке 24. Увеличенное изображение этого рисунка, рисунок 25, доказывает, что отношение изменяется от 96,5% до 100% в зависимости от момента нагрузки по уравнению (12) (100% в номинальном режиме работы). Эталонная пульсация статора, используемая для расчета напряжения статора в соответствии с уравнением (12), показана на рисунке 26. Увеличение последнего рисунка, показанного на рисунке 27, означает, что такая пульсация изменяется от 300 рад / с без момента нагрузки до 331. рад / с в номинальном рабочем режиме.Разница между пульсацией статора и ротора представляет собой пульсацию скольжения, которая пропорциональна крутящему моменту (описываемому уравнением (11)) и доказывает хорошее регулирование переменной скорости. Очевидно, что все полученные экспериментальные результаты невероятно близки к результатам моделирования. Этот вывод доказывает правильность и точность реализации в реальном времени предлагаемого аппаратного / программного решения для управления скоростью.

5.2. Результаты экспериментов с помощью Waijung WebPage Designer

Waijung WebPage Designer (W2D) - это набор веб-инструментов, предназначенных для приложений, требующих мониторинга и управления в Интернете более простым и быстрым способом с использованием оборудования Waijung Blockset и Aimagin. Другими словами, W2D - это компиляция веб-инструментов, таких как HTML5, CSS, Javascript, JSON, jQuery, jQuery Mobile, SQLite, AJAX и stream. В системе также представлены методы автоматического и ручного управления для остановки или запуска индукционной машины, чтобы избежать сбоев системы.Требования к оборудованию для этого приложения цитируются следующим образом: (i) STM32F4DISCOVERY (ii) aMG F4 Connect 2 + карта Micro SD (iii) aMG Ethernet INF (iv) сервер базы данных aMG SQLite + карта Micro SD

Карта Micro SD должна быть не менее 4 ГБ, чтобы обеспечить скорость передачи данных, достаточно высокую для связи с MCU.

Модель Simulink / Matlab, используемая для веб-мониторинга и управления скоростью IM в режиме замкнутого цикла, показана на рисунке 28. В дополнение к основным предыдущим программам (Encoder, SVPWM, PI-контроллер и основная настройка цели) она содержит настройки блоки для W2D.Внутри подсистемы настройки W2D (белый цвет) она сгруппирована в пять блоков настройки. (I) Настройка веб-сервера состоит из трех блоков: настройка канала Ethernet, настройка приложения Ethernet и настройка сервера Http (ii) Настройка UART использует модуль 6 UART для Tx / Rx (для связи с модулем сервера базы данных SQLite aMG) (iii) Настройка базы данных SQLite использует порт UART6 (интерфейс с сервером базы данных SQLite MG)

Энергозависимое хранилище данных (оранжевый цвет) используется для хранения данных для другого использования модели. Значения, хранящиеся в хранилище данных, отображаются для доступа в Интернет.Отображаемые переменные устанавливаются в режим «Только чтение» или «Запись / чтение». Запрос к базе данных SQLite (желтый цвет) настроен для связи между веб-интерфейсом и системой веб-серверов.

Используя инструмент Waijung WebPage Designer (W2D), мы создали веб-интерфейс для мониторинга значений (скорость ротора Wr, скорость статора Ws и коэффициент напряжения RO) на веб-сервере MCU и отображения в веб-браузере как текстовых и цифровых значений, Ws , Wr и Ro. На рисунке 29 показан наглядный пример результатов в Интернете. Значение скорости ротора выделено красным цветом, а коэффициент напряжения и пульсация статора представлены синим и желтым цветом соответственно.Цель здесь - выявить научную и технологическую осуществимость веб-мониторинга и управления, поскольку производительность алгоритма проверена в предыдущей части. Мы приложили к этому документу видеоролик, в котором резюмируются эти экспериментальные результаты.

6. Заключение

В этой работе представлен технический подход к мониторингу и контролю скорости IM под управлением V / F, который осуществляется посредством моделирования и экспериментальных результатов с использованием Waijung Blockset и оборудования AMG вокруг Плата обнаружения STM32F4.

Предлагаемая структура управления усилена твердым антивибрационным ПИ-регулятором и поддерживается объединением STM32F4-Waijung Blockset, который представляет собой идеальную и многообещающую платформу для многих промышленных приложений благодаря быстрому и простому прототипированию и недорогой конструкции. . Пожалуйста, подтвердите, что это ваше предполагаемое значение. Действительно, это не только исключает использование датчиков напряжения и тока, но также исключает использование жестких языков программирования. Ориентировочная стоимость всей установки (аппаратные компоненты STM32F4 и Aimagin) не превышает 400 долларов США, а ориентировочная стоимость аналогичного прототипа с использованием, например, dSPACE 1104, например, превышает 12000 долларов США.