Асинхронные двигатели для работы с преобразователями частоты

Называется оно — преобразователь частоты или частотник, если попроще. Для крупных двигателей с большой мощностью наличие такого преобразователя особенно актуально. С помощью частотников можно регулировать пусковые токи, что подразумевает осуществление таких манипуляций, как контроль и ограничение их величины.

Принцип работы частотного преобразователя

Исключительно механическое управление током приводит к энергетическим потерям и уменьшению срока службы оборудования. Показатели этого тока будут в несколько раз больше номинальных, что крайне отрицательно скажется на нормальной работе оборудования.

Принцип работы частотного преобразователя заключается в том, что управление током осуществляется электронным путём. Это обеспечивает мягкий пуск, плавное регулирование работы привода, путём соблюдения соотношения между частотой и направления по специальной заданной формуле.

У частотного преобразователя существует целый ряд преимуществ, которые очень положительно характеризуют работу этого устройства.

Одним из таких преимуществ является тот факт, что частотник помогает экономить потребляемую энергию. Экономия составляет примерно 50%, что само по себе является весьма большим плюсом.

Кстати, с учётом потребности конкретного производства существует возможность регулирования энергии, которая потребляется в процессе работы оборудования.

1. Напряжение сети подвергается выпрямлению и фильтрации системой конденсаторов.
2. После этого в работу вступает непосредственно электронное управление, что заключается в образовании тока с частотой, которая была заранее запрограммирована.

На выходе выдаются прямоугольные импульсы, которые поддаются воздействию обмотки статора двигателя, после чего они становятся близкими к синусоиде.

Выбор частотника

• Управления может осуществляться двумя способами: векторным и скалярным. Векторное управление предоставляет возможность точной регулировки. Принцип работы скалярного управления заключается в поддержании одного соотношения между напряжением и частотой на выходе, заданного пользователем. Скалярное управление не подходит для сложных устройств и используется на более простых устройствах вроде вентилятора.
• Чем выше указанная в характеристиках мощность, тем выше универсальность преобразователя. Это означает, что это обеспечит взаимозаменяемость. К тому же обслуживание такого устройства будет проще.
• Непременно следует обратить внимание на указанный диапазон напряжения сети. Он должен быть максимально широким, что обеспечит безопасность при перепадах его норм. И нельзя не упомянуть тот факт, что повышение намного опаснее, чем понижение. При повышении могут взорваться сетевые конденсаторы.
• Указанная частота обязательно должна соответствовать всем производственным потребностям. На диапазон регулирования скорости привода указывает нижний предел. При надобности в более широком следует прибегнуть к векторному управлению. Практическое применение предусматривает применение таких частот, как: от 10 до 60 Гц. Редко, но встречаются и до 100 Гц.
• Осуществление управление предусматривает использование различных входов и выходов. Чем их больше, тем, конечно же, лучше. Но нужно брать вниманию, что при большем количестве входов и выходов, значительно увеличивается стоимость частотного преобразователя, а также усложняется его настройка.
• Внимание также следует обратить и на шину управления подключаемого оборудования. Она должна совпадать с возможностью схемы частотника по количеству входов и выходов. Также не стоит забывать о том, что лучше иметь в наличии небольшой запах для возможной модернизации.
• Не стоит забывать и о перегрузочных возможностях устройства. Рекомендуется выбирать частотный преобразователь, обладающий мощность, которая будет на 15 % больше мощности используемого двигателя. Настоятельно рекомендуется прочесть инструкции, прилагающуюся к частотнику в комплекте. Производители непременно указывают в документации к устройству все его основные параметры. В том случае, если важны пиковые нагрузки, то следует обратить при выборе устройства внимание на реальные показатели тока и величины, указанные в качестве пиковых. В этом случае нужно выбрать преобразователь с показателями пикового тока, которые будут на 10% выше, чем указанные в документации.

Подключение частотного преобразователя к электродвигателю

• Для однофазной проводки (220 В), то есть для использования в домашних условиях, подключение должно осуществляться пользователем путём выполнения схемы «треугольник». Ток на выходе ни в коем случае не должен превышать 50% от номинального! Это очень важно!
• Для промышленного использования (трёхфазная проводка на 380В) рекомендуется осуществление подключения частотного преобразователя к двигателю по схеме «звезда».

Клеммы

Частотный преобразователь имеет определённое количество клемм, которые обозначены разными буквами, и которые нужны для разных подключений:

• R, S, T — к этим клеммам подключаются провода сети, притом очерёдность не имеет значения
• U, V, W — к этим клеммам производится включение асинхронного двигателя. В том случае, если двигатель вращается в обратную сторону, необходимо просто поменять любой из проводов, подключённых к этим клеммам
• Предусмотрено наличие одной клеммы для заземления

• Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию частотного преобразователя для асинхронного двигателя.
• Для того чтобы продлить срок эксплуатации преобразователя, следует выполнять ряд требований и следовать советам, которые помогут продлить жизнь устройству:

1. Настоятельно рекомендуется очищать внутренности преобразователя от пыли. Можно делать это и пылесосом, но тут следует учесть, что такая чистка будет неполной и недостаточной, так как пыль имеет свойство уплотняться, что создаст дополнительные трудности пылесосу, с которыми он не всегда сможет справиться. Поэтому лучше воспользоваться компрессором. Для очистки такого рода он подходит лучше.
2. Следует периодически заменять узлы. Очень важно делать это в срок. Работа электролитических конденсаторов рассчитана на срок в пять лет, в то время как предохранители имеют срок эксплуатации в два раза больше — целых десять лет. Вентиляторы охлаждения должны быть заменены пользователем после двух — трёх лет эксплуатации. Внутренние шлейфы так же должны меняться через определённый срок, их срок работы рассчитан на шесть лет использования.
3. Необходимо осуществлять контроль за внутренней температурой и напряжением на шине постоянного тока. Повышение температуры влечёт за собой очень неприятные последствия. Это и засыхание термопроводящей пасты, и разрушение конденсаторов. Термопроводящую пасту следует менять регулярно — примерно один раз в три года и ни в коем случае не реже.
4. Обязательно нужно придерживаться всех прописанных условий эксплуатации. Температура среды окружающей не должна быть выше 40 градусов. Высокая влажность и запылённость воздуха недопустимы.

Управление асинхронным двигателем — процесс совсем не лёгкий. Требуется обладать определёнными знаниями, чтобы успешно осуществлять все манипуляции, предполагающие как подключения, так и мероприятия по эксплуатации.

Выводы

Механическое управление током вызывает некоторые негативные последствия, так как при использовании этого варианта управления нельзя быть уверенным в стопроцентной и качественной работе оборудования. Использование частотных преобразователей для асинхронных двигателей имеет свои очень важные преимущества, которые немаловажны во многих аспектах работы с двигателями. Одним из самых главных плюсов использования электронного управления и частотников является тот факт, что эти устройства позволяют экономить расход потребляемой электроэнергии. К тому же и мощность будет больше.

Частотники следует выбирать, беря во внимание множество характеристик, которые прописываются в документации, приложенной к устройству. Частотные преобразователи, сделанные кустарно, могут пригодиться в бытовых условиях, но на производстве их использовать не стоит.

Эксплуатация преобразователей должна проводиться грамотно, в соответствии со всеми рекомендациями и правилами. Это позволит улучшить качество работы оборудования. К тому же многие советы позволят продлить работу двигателю и преобразователю.

Крайне рекомендуется следить за напряжением. В случае критического повышения напряжения могут взорваться конденсаторы. Частотники должны быть использованы с оглядкой на все основные правила безопасности.

Рекомендуется не браться за работу с ними в отсутствие всех необходимых знаний в этой области.

Частотный преобразователь — виды, принцип действия, схемы подключения

Ротор любого электродвигателя приводится в движение под действием сил, вызванных вращающимся электромагнитным полем внутри обмотки статора. Скорость его оборотов обычно определяется промышленной частотой электрической сети. 

Ее стандартная величина в 50 герц подразумевает совершение пятидесяти периодов колебаний в течение одной секунды. За одну минуту их число возрастает в 60 раз и составляет 50х60=3000 оборотов. Такое же число раз проворачивается ротор под воздействием приложенного электромагнитного поля. 

Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Этот принцип заложен в основу управления электродвигателями. 

• 
• Виды частотных преобразователей 
• По конструкции частотные преобразователи бывают: 
• 1. индукционного типа; 

2. электронные. 

Асинхронные электродвигатели, выполненные по схеме с фазным ротором и запущенные в режим генератора, являются представителями первого вида. Они при работе обладают низким КПД и отмечаются маленькой эффективностью. Поэтому они не нашли широкого применения в производстве и используются крайне редко. 

Способ электронного преобразования частоты позволяет плавно регулировать обороты как асинхронных, так и синхронных машин. При этом может быть реализован один из двух принципов управления: 

1. по заранее заданной характеристике зависимости скорости вращения от частоты (V/f); 

2. метод векторного управления. 

1. Первый способ является наиболее простым и менее совершенным, а второй используется для точного регулирования скоростей вращения ответственного промышленного оборудования. 
2. 
3. Особенности векторного управления частотным преобразованием 
4. Отличием этого способа является взаимодействие, влияние устройства управления преобразователя на «пространственный вектор» магнитного потока, вращающийся с частотой поля ротора. 
5. Алгоритмы для работы преобразователей по этому принципу создаются двумя способами: 
6. 1. бессенсорного управления; 

2. потокорегулирования. 

Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции (ШИМ) инвертора для заранее подготовленных алгоритмов. При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора. 

Этим способом пользуются при управлении несколькими электродвигателями, подключенными параллельно к преобразователю частоты. Потокорегулирование подразумевает контроль рабочих токов внутри двигателя с разложением их на активную и реактивную составляющие и внесение корректив в работу преобразователя для выставления амплитуды, частоты и угла для векторов выходного напряжения. 

Это позволяет повысить точность работы двигателя и увеличить границы его регулирования. Применение потокорегулирования расширяет возможности приводов, работающих на малых оборотах с большими динамическими нагрузками, такими как подъемные крановые устройства или намоточные промышленные станки. 

• Использование векторной технологии позволяет применять динамическую регулировку вращающихся моментов к трехфазным асинхронным двигателям.
• Схема замещения 
• Принципиальную упрощенную электрическую схему асинхронного двигателя можно представить следующим видом.

На обмотки статора, обладающие активным R1 и индуктивным X1 сопротивлениями, приложено напряжение u1. Оно, преодолевая сопротивление воздушного зазора Хв, трансформируется в обмотку ротора, вызывая в ней ток, который преодолевает ее сопротивление. 

Векторная диаграмма схемы замещения 

Ее построение помогает понять происходящие процессы внутри асинхронного двигателя.

Энергия тока статора разделяется на две части: 

• iµ — потокообразующую долю; 
• iw — моментообразующую составляющую. 

1. При этом ротор обладает активным сопротивлением R2/s, зависящим от скольжения. 
2. Для бессенсорного управления измеряются: 
3. По их значениям рассчитывают: 

• iµ — потокообразующую составляющую тока; 
• iw — моментообразующую величину. 

• В алгоритм расчета уже заложили электронную эквивалентную схему асинхронного двигателя с регуляторами тока, в которой учтены условия насыщения электромагнитного поля и потерь магнитной энергии в стали. 
• Обе этих составляющих векторов тока, отличающиеся по углу и амплитуде, вращаются совместно с системой координат ротора и пересчитываются в стационарную систему ориентации по статору. 
• По этому принципу подстраиваются параметры частотного преобразователя под нагрузку асинхронного двигателя. 

1. Принцип работы частотного преобразователя 
2. В основу этого устройства, которое еще называют инвертором, заложено двойное изменение формы сигнала питающей электрической сети.

Вначале промышленное напряжение подается на силовой выпрямительный блок с мощными диодами, которые убирают синусоидальные гармоники, но оставляют пульсации сигнала. Для их ликвидации предусмотрена батарея конденсаторов с индуктивностью (LC-фильтр), обеспечивающая стабильную, сглаженную форму выпрямленному напряжению. 

Затем сигнал поступает на вход преобразователя частоты, который представляет собой мостовую трехфазную схему из шести силовых транзисторов серии IGBT или MOSFET с диодами защиты от пробоя напряжений обратной полярности. Используемые ранее для этих целей тиристоры не обладают достаточным быстродействием и работают с большими помехами. 

Для включения режима «торможения» двигателя в схему может быть установлен управляемый транзистор с мощным резистором, рассеивающим энергию. Такой прием позволяет убирать генерируемое двигателем напряжение для защиты конденсаторов фильтра от перезарядки и выхода из строя. 

Способ векторного управления частотой преобразователя позволяет создавать схемы, осуществляющие автоматическое регулирование сигнала системами САР. Для этого используется система управления: 

1. амплитудная; 

2. ШИМ (широтного импульсного моделирования). 

Метод амплитудного регулирования основан на изменении входного напряжения, а ШИМ — алгоритма переключений силовых транзисторов при неизменном напряжении входа.

При ШИМ регулировании создается период модуляции сигнала, когда обмотка статора подключается по строгой очередности к положительным и отрицательным выводам выпрямителя. 

Поскольку частота такта генератора довольно высокая, то в обмотке электродвигателя, обладающего индуктивным сопротивлением, происходит их сглаживание до синусоиды нормального вида.

Способы ШИМ управления позволяют максимально исключить потери энергии и обеспечивают высокий КПД преобразования за счет одновременного управления частотой и амплитудой. Они стали доступны благодаря развитию технологий управления силовыми запираемыми тиристорами серии GTO или биполярных марок транзисторов IGBT, обладающих изолированным затвором. 

Принципы их включения для управления трехфазным двигателем показаны на картинке.

Каждый из шести IGBT-транзисторов подключается по встречно-параллельной схеме к своему диоду обратного тока. При этом через силовую цепь каждого транзистора проходит активный ток асинхронного двигателя, а его реактивная составляющая направляется через диоды. 

Для ликвидации влияния внешних электрических помех на работу инвертора и двигателя в конструкцию схемы преобразователя частоты может включаться помехозащитный фильтр, ликвидирующий: 

• радиопомехи; 
• наводимые работающим оборудованием электрические разряды. 

Их возникновение сигнализирует контроллер, а для уменьшения воздействия используется экранированная проводка между двигателем и выходными клеммами инвертора. 

С целью улучшения точности работы асинхронных двигателей в схему управления частотных преобразователей включают: 

• ввода связи с расширенными возможностями интерфейса; 
• встроенный контроллер; 
• карту памяти; 
• программное обеспечение; 
• информационный Led-дисплей, отображающий основные выходные параметры; 
• тормозной прерыватель и встроенный ЭМС фильтр; 
• систему охлаждения схемы, основанную на обдуве вентиляторами повышенного ресурса; 
• функцию прогрева двигателя посредством постоянного тока и некоторые другие возможности. 

Эксплуатационные схемы подключения 

Частотные преобразователи создаются для работы с однофазными или трехфазными сетями. Однако, если есть промышленные источники постоянного тока с напряжением 220 вольт, то от них тоже можно запитывать инверторы.

Трехфазные модели рассчитываются на напряжение сети 380 вольт и выдают его на электродвигатель. Однофазные же инверторы питаются от 220 вольт и на выходе выдают три разнесенных по времени фазы. 

Схема подключения частотного преобразователя к двигателю может быть выполнена по схемам: 

Обмотки двигателя собираются в «звезду» для преобразователя, запитанного от трехфазной сети 380 вольт.

По схеме «треугольник» собирают обмотки двигателя, когда питающий его преобразователь подключен к однофазной сети 220 вольт.

Выбирая способ подключения электрического двигателя к преобразователю частоты надо обращать внимание на соотношение мощностей, которые может создать работающий двигатель на всех режимах, включая медленный, нагруженный запуск, с возможностями инвертора. 

Нельзя постоянно перегружать частотный преобразователь, а небольшой запас его выходной мощности обеспечит ему длительную и безаварийную работу. 

Принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя

Трехфазные асинхронные двигатели нашли самое широкое применение в промышленности и других областях. Современное оборудование просто невозможно представить без этих агрегатов.

Одной из важнейших составляющих рабочего цикла машин и механизмов является их плавный пуск и такая же плавная остановка после выполнения поставленной задачи. Такой режим обеспечивается путем использования преобразователей частоты.

Эти устройства проявили себя наиболее эффективными в больших электродвигателях, обладающих высокой мощностью.

С помощью преобразователей частоты успешно выполняется регулировка пусковых токов, с возможностью контроля и ограничения их величины до нужных значений.

Для правильного использования данной аппаратуры необходимо знать принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя. Его применение позволяет существенно увеличить срок службы оборудования и снизить потери электроэнергии.

Электронное управление, кроме мягкого пуска, обеспечивает плавную регулировку работы привода в соответствии с установленным соотношением между частотой и напряжением.

Что такое частотный преобразователь

Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.

Преобразователи частоты нередко называются инверторами. Их основной принцип действия заключается в выпрямлении переменного напряжения промышленной сети.

Для этого применяются выпрямительные диоды, объединенные в общий блок. Фильтрация тока осуществляется конденсаторами с высокой емкостью, которые снижают до минимума пульсации поступающего напряжения.

В этом и заключается ответ на вопрос для чего нужен частотный преобразователь.

В некоторых случаях в схему может быть включена так называемая цепь слива энергии, состоящая из транзистора и резистора с большой мощностью рассеивания. Данная схема применяется в режиме торможения, чтобы погасить напряжение, генерируемое электродвигателем. Таким образом, предотвращается перезарядка конденсаторов и преждевременный выход их из строя.

В результате использования частотников, асинхронные двигатели успешно заменяют электроприводы постоянного тока, имеющие серьезные недостатки. Несмотря на простоту регулировки, они считаются ненадежными и дорогими в эксплуатации. В процессе работы постоянно искрят щетки, а электроэрозия приводит к износу коллектора.

Двигатели постоянного тока совершенно не подходят для взрывоопасной и запыленной среды.

Принцип действия синхронного двигателя

В отличие от них, асинхронные двигатели значительно проще по своему устройству и надежнее, благодаря отсутствию подвижных контактов. Они более компактные и дешевые в эксплуатации. К основному недостатку можно отнести сложную регулировку скорости вращения традиционными способами.

Для этого было необходимо изменять питающее напряжение и вводить дополнительные сопротивления в цепь обмоток. Кроме того, применялись и другие способы, которые на практике оказывались неэкономичными и не обеспечивали качественной регулировки скорости.

Но, после того как появился преобразователь частоты для асинхронного двигателя, позволяющий плавно регулировать скорость в широком диапазоне, все проблемы разрешились. Одновременно с частотой изменяется и подводимое напряжение, что позволяет увеличить КПД и коэффициент мощности электродвигателя. Все это позволяет получить высокие энергетические показатели асинхронных двигателей, продлить срок их эксплуатации.

Принцип действия частотного преобразователя

Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.

В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения.

Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах.

Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.

Управление асинхронными двигателями осуществляется двумя способами:

• Скалярное управление действует в соответствии с линейным законом, согласно которому амплитуда и частота находятся в пропорциональной зависимости между собой. Изменяющаяся частота приводит к изменениям амплитуды поступающего напряжения, оказывая влияние на уровень крутящего момента, коэффициент полезного действия и коэффициент мощности агрегата. Следует учитывать зависимость выходной частоты и питающего напряжения от момента нагрузки на валу двигателя. Для того чтобы момент нагрузки был всегда равномерным, отношение амплитуды напряжения к выходной частоте должно быть постоянным. Данное равновесие как раз и поддерживается частотным преобразователем.
• Векторное управление удерживает момент нагрузки в постоянном виде во всем диапазоне частотных регулировок. Повышается точность управления, электропривод более гибко реагирует на изменяющуюся выходную нагрузку. В результате, момент вращения двигателя находится под непосредственным управлением преобразователя. Нужно учитывать, что момент вращения образуется в зависимости от тока статора, а точнее – от создаваемого им магнитного поля. Под векторным управлением фаза статорного тока изменяется. Эта фаза и есть вектор тока осуществляющий непосредственное управление моментом вращения.

Регулировка оборотов асинхронного двигателя

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя

Для того чтобы преобразователь частоты для асинхронного двигателя в полном объеме выполнял свои функции, его необходимо правильно подключить и настроить. В самом начале подключения в сети перед прибором размещается автоматический выключатель.

Его номинал должен совпадать с величиной тока, потребляемого двигателем. Если частотник предполагается эксплуатировать в трехфазной сети, то автомат также должен быть трехфазным, с общим рычагом.

В этом случае при коротком замыкании на одной из фаз можно оперативно отключить и другие фазы.

Ток срабатывания должен обладать характеристиками, полностью соответствующими току отдельной фазы электродвигателя.

Если частотный преобразователь планируется использовать в однофазной сети, в этом случае рекомендуется воспользоваться одинарным автоматом, номинал которого должен в три раза превышать ток одной фазы.

Независимо от количества фаз, при установке частотника, автоматы не должны включаться в разрыв заземляющего или нулевого провода. Рекомендуется использовать только прямое подключение.

При правильной настройке и подключении частотного преобразователя, его фазные провода должны соединяться с соответствующими контактами электродвигателя.

Предварительно обмотки в двигателе соединяются по схеме «звезда» или «треугольник», в зависимости от напряжения, выдаваемого преобразователем.

Если оно совпадает с меньшим значением, указанным на корпусе двигателя, то применяется соединение треугольником. При более высоком значении используется схема «звезда».

Далее выполняется подключение частотного преобразователя к контроллеру и пульту управления, который входит в комплект поставки. Все соединения осуществляются в соответствии со схемой, приведенной в руководстве по эксплуатации.

Рукоятка должна находиться в нейтральном положении, после чего включается автомат. Нормальное включение подтверждается световым индикатором, загорающимся на пульте.

Для того чтобы преобразователь заработал, нажимается кнопка RUN, запрограммированная по умолчанию.

Коллекторный двигатель: устройство и подключение

После незначительного поворота рукоятки, двигатель начинает постепенно вращаться. Для переключения вращения в обратную сторону, существует специальная кнопка реверса.

Затем с помощью рукоятки настраивается нужная частота вращения. На некоторых пультах вместо частоты вращения электродвигателя, отображаются данные о частоте напряжения.

Поэтому рекомендуется заранее внимательно изучить интерфейс установленной аппаратуры.

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

Благодаря частотным преобразователям, работа современных асинхронных двигателей отличается высокой эффективностью, устойчивостью и безопасностью. Это особенно важно, поскольку каждый электродвигатель отличается индивидуальными особенностями режима работы.

Поэтому оптимизации параметров питания агрегатов с использованием преобразователей частоты придается большое значение. Когда частотный преобразователь выбирается для каких-либо конкретных целей, в этом случае должны обязательно учитываться его рабочие параметры.

Нормальная работа устройства будет зависеть от типа электродвигателя, его мощности, диапазона, скорости и точности регулировок, а также от поддержания стабильного момента вращения вала.

Эти показатели имеют первостепенное значение и должны органично сочетаться с габаритами и формой аппарата.

Следует обратить особое внимание на то, как расположены элементы управления и будет ли удобно им пользоваться.

Выбирая устройство, необходимо заранее знать, в каких условиях оно будет эксплуатироваться. Если сеть однофазная, то и преобразователь должен быть таким же. То же самое касается и трехфазных аппаратов. Многое зависит от мощности асинхронных двигателей.

Если при запуске на валу необходим высокий пусковой момент, то и частотный преобразователь должен быть рассчитан на большее значение тока.

Выбор двигателей для частотно-регулируемого электропривода / en-res.ru

Для правильного проектирования системы управления частотно­-регулируемого привода, необходимо учитывать специфику работы привода в целом. Основными задачами при выборе асинхронного двигателя с частотным управлением являются:

• Определение диапазона регулирования скорости;
• Построение нагрузочной диаграммы;
• Расчет допустимого длительного момента;
• Расчет максимального кратковременного момента в переходных режимах;
• Проверка по нагреву электродвигателя и преобразователя.

Важное значение имеют характеристики самого двигателя, которые должны отвечать общим техническим требованиям, предъявляемым к электрическим машинам. Эти характеристики тесно связаны со способами охлаждения двигателя, его нагревом и режимами работы.

Способы охлаждения асинхронного двигателя

В зависимости от наличия или отсутствия вентилятора различают:

1. Асинхронные двигатели с естественным охлаждением, которые не имеют специальных вентиляторов их обычно применяется для открытых машин;
2. Асинхронные двигатели с искусственным охлаждением, в таких машинах охлаждающий газ или жидкость прогоняется отдельным вентилятором. Они подразделяются на группы:

• — Асинхронные двигатели с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу (защищенные или закрытые);
• — Асинхронные двигатели с независимой вентиляцией, вентилятор которых приводится во вращение посторонним двигателем (обычно закрытые). Часто такие вентиляторы называются «наездниками»;
• Поскольку при работе на скоростях ниже 0,5ω0 условия охлаждения двигателей с самовентиляцией ухудшаются, то это приводит к значительному уменьшению допустимого длительного момента.
• Поэтому для частотно-регулируемого привода с постоянным моментом нагрузки предпочтительнее использовать двигатели с независимой вентиляцией.

Классы изоляции обмоток электродвигателей (нагревостойкости)

Электродвигатель в разрезе

Во время работы электродвигателей происходит их нагрев. Допустимый нагрев электрических двигателей зависит от класса изоляции обмоток. Нагрев электродвигателя является основным критерием выбора его мощности.

Электродвигатель считается выбранным правильно, если он выполняет предназначенные ему функции и не перегревается, т.е. изоляция его обмоток выдерживает температуру нагрева, которая не превышает допустимого предела.

Этот предел зависит от срока службы машины и определяется классом изоляции обмоток (нагревостойкости)  электродвигателя.

Температурой окружающего воздуха, при которой электродвигатель может работать с номинальной мощностью, считается 40ºС. При повышении температуры окружающего воздуха более 40ºС, нагрузка на электродвигатель должна быть снижена настолько, чтобы температура отдельных его частей не превышала допустимых значений.

Предельные допустимые превышения температуры активных частей электродвигателей (при температуре окружающей среды 40ºС и высоте над уровнем моря не более 1000 м):

• Класс Y: допустимая температура нагрева до 90°C.
• Класс A: допустимая температура нагрева до 105°C.
• Класс E: допустимая температура нагрева до 120°C.
• Класс B: допустимая температура нагрева до 130°C.
• Класс F: допустимая температура нагрева до 130°C.
• Класс H: допустимая температура нагрева до 180°C.
• Класс C: допустимая температура нагрева свыше 180°C

В таблице приведены в качестве примера предельно допускаемые превышения температуры Tmax для отдельных частей электрических машин общего применения (О) и тяговых (Т) при продолжительном режиме работы при измерении температуры обмоток по методу сопротивления (т. е. по измерению сопротивления соответствующей обмотки в результате нагрева), а температуры коллектора и контактных колец —с помощью термометров. Эти данные соответствуют температуре окружающей среды +40 °С для машин О и +25 °С для машин Т.

Если температура окружающей среды больше или меньше +40 или +25 °С, то стандарт разрешает определенные изменения допустимых превышений температур. При работе машины в горных местностях, где из-за понижения атмосферного давления ухудшается теплоотдача, стандарт предусматривает некоторое уменьшение допустимых превышений температуры.

У асинхронных двигателей, вместе с уменьшением напряжения питающей сети, в  квадрате уменьшается мощность на валу двигателя. Кроме того, уменьшение напряжения ниже 95% от номинального приводит к значительному росту тока двигателя и нагреву обмоток.

Рост напряжения выше 110% от номинального также ведет к росту тока в обмотках двигателя, увеличивается нагрев статора за счет вихревых токов.

Каждое превышение допустимой температуры обмоток на 10°С может сократить срок службы изоляции вдвое. Это иллюстрирует номограмма, приведенная ниже.

Чем выше класс изоляции, тем интенсивнее использование электродвигателя по нагреву и тем меньше его размеры при той же мощности. В настоящее время в электрических машинах применяются изоляционные материалы классов Е, В и F. Материалы класса Н используются значительно реже.

1. Как правило, для частотно-регулируемого электропривода рекомендуется применять электродвигатели с изоляцией класса  F.
2. Популярные товары
3. Шины медные плетеные
4. Шины изолированные гибкие и твердые
5. Шинодержатели
6. Изоляторы
7. Индикаторы наличия напряжения

Danfoss Drives

Асинхронные электродвигатели – самые распространенные электрические машины. Они отличаются простотой конструкции, дешевизной, высокой ремонтопригодностью, а также другими преимуществами.

Они широко используются для привода промышленного оборудования, механизмов и устройств самого разного назначения.

Сферу их применения несколько ограничивают высокие пусковые токи, затруднение регулирования скорости, ударные механические нагрузки на оборудование, соединенное с валом при пуске.

Частотные преобразователи позволяют осуществлять мягкий пуск электрических машин, ограничивать пусковые токи, синхронизировать момент силы на валу с моментом нагрузки, осуществлять точную регулировку скорости вращения, подключать трехфазные двигатели в однофазную сеть без конденсаторов.

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины.

Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора.

Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

Принцип действия частотных преобразователей

Принцип действия частотного регулирования основан на зависимости скорости вращения и момента силы на валу двигателя переменного тока от частоты напряжения питания. Частотные регуляторы изменяют частоту поданного на электродвигатель напряжения, тем самым регулируя скорость вращения ротора и момент силы.

Преобразование частоты может осуществляться несколькими способами. Схема преобразования частоты с непосредственной электрической связью с сетью представляет собой управляемый выпрямитель на тиристорах. Управляющий блок генерирует сигналы, поочередно отпирающие полупроводниковые устройства, подающие напряжение заданной частоты на обмотки электрической машины.

Такая схема отличается высоким к.п.д., обеспечивает стабильную работу двигателя при небольших скоростях вращения ротора, передачу генерируемой электроэнергии при торможении двигателя в сеть.

Однако, такие недостатки, как невозможность изменять частоту в большую сторону, наличие в выходном напряжении постоянной составляющей и субгармоник, вызывающих перегрев обмоток и появление электромагнитных помех, ограничивают сферы применения частотников с непосредственной связью.

Большинство современных частотных преобразователей построено на базе схем двойного преобразования. Такое техническое решение имеет следующие преимущества:

• Возможность изменять частоту как в большую, так и меньшую сторону.
• Выходное напряжение чистой синусоидальной формы.
• Отсутствие высших гармоник.
• Плавное, высокоточное регулирование частоты питающего напряжения двигателя.

Состоит такой преобразователь частоты из трех блоков:

• Диодного или тиристорного выпрямителя с емкостными, индуктивными или комбинированными фильтрами. Этот узел осуществляет выпрямление сетевого напряжения и его сглаживание.
• Инвертирующего блока. Этот элемент осуществляет обратное преобразование постоянного напряжения в переменное. Индуктивный элемент на выходе осуществляет фильтрацию постоянной составляющей, а также высокочастотных помех, наличие которых негативно сказывается на работе электродвигателя.
• Управляющей схемы на базе микропроцессора. Основные ее функции – задание частоты выходного напряжения и тока. Частота тока на выходе инвертора определяется шириной или длительностью управляющих импульсов со схемы управления (широтно- или частотно- импульсная модуляция). Процессор также осуществляет связь с удаленными пунктами управления, автоматическое регулирование по обратной связи по механическим и электрическим характеристикам подключенной к нему электрической машины, а также другие функции.

Таким образом, при частотном регулировании питающее напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем инвертируется в переменное напряжение требуемой частоты.

Выбор частотного преобразователя

При проектировании частотно-регулируемого электропривода необходимо учесть множество нюансов. При выборе частотника руководствуются следующими критериями:

• Назначение преобразователя. Многие производители выпускают ПЧ, предназначенные для электродвигателей насосов, лифтов, электроприводов вентиляционных систем, а также универсальные устройства общепромышленного назначения. Специализированные частотники производят под конкретное технологическое оборудование. Возможность их адаптации существенно ограничена. Общепромышленные регуляторы частоты можно настраивать под различные приводы.
• Способ управления и поддержка различных протоколов связи. Регулируемые по частоте электроприводы обычно интегрируются в комплексные системы автоматизации и удаленного контроля и управления. Частотный преобразователь должен быть укомплектован контроллером, который поддерживает связь по протоколу, применяемому в конкретной АСУТП.
• Мощность и перезагрузочная способность. Номинальная электрическая мощность преобразователя должна быть больше аналогичного параметра электродвигателя на 15-30%. При расчете мощности учитывают пусковые токи электрической машины, пиковые нагрузки на двигатель и их длительность. Ошибки ведут к перегреву частотника, выходу из строя силовых транзисторов или тиристоров.
• Диапазон и точность регулирования. Интервал изменения частоты и точность ее задания должны соответствовать требованиям условий технологического процесса. Возможность изменения частоты у скалярных преобразователей 1:10, если требуется более широкий диапазон, необходим частотник с векторным управлением.
• Электромагнитная совместимость. Частотный преобразователь чувствителен к электромагнитным помехам и сам является их источником. Выбор устройства осуществляется на основании условий его установки. При необходимости может потребоваться его установка в отдельном помещении, подключение специальных фильтров и использование экранированных кабелей. Компания «Данфосс» выпускает преобразователи, укомплектованные встроенными ЭМ-фильтрами.
• Наличие функций отключения двигателя при перегреве, дисбалансе фаз, перегрузках, других аварийных и ненормальных режимов работы.
• Наличие автоматизированного управления по событиям. Для синхронизации работы промышленного оборудования необходимы частотники, имеющие функции регулирования по достижению определенной величины технологических параметров.
• Количество входов и выходов для подключения удаленных устройств управления и контроля. На случай модернизации САР или усложнения АСТП рекомендуется выбрать частотники с избыточным количеством аналоговых и дискретных разъемов. Для электроприводов автоматизированных систем рекомендуется подобрать частотный регулятор со встроенной памятью и функцией ведения журнала событий.
• Номинальный ток и напряжение. Электрические параметры частотника должны соответствовать характеристикам электродвигателя.

Выбор частотного регулятора для промышленного оборудования делается на основании расчетов по специализированным методикам. Малейшие ошибки могут привести к авариям, которые могут иметь непредсказуемые последствия.

Проектирование электропривода и выбор ПЧ целесообразно доверить специалистам по автоматизации.

Правильный выбор частотника обеспечивает экономию электроэнергии до 40-50%, снижение затрат на ремонт и обслуживание электропривода и дает неплохой экономический эффект.