Частотный преобразователь что меняет у двигателя - Авто журнал "Гараж"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Частотный преобразователь что меняет у двигателя

Принцип работы частотного преобразователя. Схема частотного привода.

Электроприводы постоянного тока являются очень простыми с точки зрения организации системы регулирования скорости вращения двигателя, но сам электродвигатель является слабым звеном системы, ведь он достаточно дорогой и при этом не отличается особой надежностью. К тому же область применения данных двигателей ограничена из-за излишнего искрения щеток и, следовательно, повышенной электроэрозии и износа коллектора, что к общем не позволяет использовать двигатели постоянного тока в пыльных условиях и в средах с опасностью взрыва. Альтернативой электроприводам постоянного тока является комплексное применение асинхронных двигателей переменного тока с частотными преобразователями.

Асинхронные двигатели повсеместно используются в виду очень простого устройства и надежности, при меньших габаритах и массе они обеспечивают такую же мощность, как и двигатели постоянного тока. Главным минусом их является сложность организации системы регулирования скорости двигателя традиционными для двигателей постоянного тока методами. Теоретическая база для разработки первых частотных преобразователей, которые могли уже тогда стать решением вопроса регуляции скорости, была заложена еще в 30-е годы двадцатого века. Отсутствие микропроцессоров и транзисторов не позволяло воплотить теорию в практику, но с появлением транзисторных схем и управляющих микропроцессоров в Японии, США и Европе примерно в одно время были разработаны варианты частотных преобразователей.

При наличии других способов управления скорости вращения исполняющих механизмов (речь идет о механических вариаторах, резисторных группах, вводимыми в ротор/статор, электромеханических частотных преобразователях, гидравлике) наиболее эффективным является использование статических частотных преобразователей, который экономическим выгоднее других вариантов в виду дешевизны монтажа, эксплуатации и высокого КПД. Неприхотливость преобразователей также обусловлена отсутствием подвижных частей в виду того, что регуляция осуществляется на этапе подачи тока и основана на изменении параметров питания, а не на контроле за скоростью вращения при помощи средств механического управления.

Каков принцип частотных методов регулирования? Наглядное объяснение можно вывести из следующей формулы

Из выражения видно, что путем изменения частоты входного питающего напряжения (f1) изменяется угловая скорость статора, точнее его магнитного поля, но этом взаимозависимые характеристики. Эффект достигается при постоянном числе пар полюсов (p). Что это дает? В первую очередь, плавность регулирования (в особенности при пиковых нагрузках в момент пуска двигателя) скорости при очень высокой жесткости механических характеристик. Также достигается повышенное скольжение асинхронного двигателя, что существенно снижает потери мощности и увеличивает коэффициент полезного действия.

Высокие показатели КПД, коэффициента мощности, перегрузочной способности достигаются при одновременном изменении частоты и напряжения. Законы изменения этих параметров напрямую зависят от момента нагрузки, который может иметь статичный, вентиляторный и обратно пропорциональный скорости вращения характер.

При постоянном моменте нагрузке напряжение на статоре будет регулироваться в пропорциональной зависимости от частоты, что хорошо видно из формулы:

Если момент нагрузки имеет вентиляторный характер, то напряжение будет пропорционально квадрату частоты питающего напряжения.

Ну и моменте нагрузки, который обратно пропорционален скорости получим:

Как видно из вышеописанного при обеспечении одновременного регулирования частоты питающего напряжения и параметров напряжения на статоре частотным преобразователем достигается плавное бесступенчатое регулирование скорости вращения вала двигателя. При этом отсутствие передач позволяет более точно регулировать скорость вращения по заданным пользователем параметрам.

Основные достоинства применения регулируемых приводов на предприятиях.

Интеграция систем регулирования качественно изменяет технические характеристики всех участников технологического процесса, нуждающегося в регуляции. Большая часть экономической эффективности заключается в возможности регулирования при помощи частотного преобразователя технологических характеристик процессов, температуры, давления, скорости движения, скорости подачи главного движения. Конечно же, максимальная эффективность достигается на объектах, предназначенных для перемещения жидких масс. До сих пор популярным способом регулирования скорости потока и мощности является применение заслонок и заглушек, в частных случаях различных регулирующих механических клапанов, но эти методы менее эффективны чем изменение скорости самого исполнительного механизма и чреваты потерями транспортируемой жидкости.

Разница в производительности и эффективности между дросселированием посредством механических средств и применением частотных преобразователей очевидна на следующем рисунке. (схема 1) Из схемы становится ясно, что возрастает экономия ресурсов, а также нивелируются проблемы, связанные с полной потерей динамической мощности потока во время закрытия заслонок, что приводит, по сути, к холостой работе двигателя. Это увеличивает экономическую эффективность частотных преобразователей.

Конструкция типового частотного преобразователя.

Принципиальной задачей преобразователя частоты является изменение параметров электрического тока, это осуществляется при помощи транзисторного выпрямления тока и преобразования его до необходимых заданных значений. Типовой частотный преобразователь состоит из трех частей:

— Звено постоянного тока. Состоит из выпрямителя и фильтрационных устройств. Звено постоянного тока принимает входной сигнал и перенаправляет его в инвертор.

— Импульсного инвертора. Силовой трехфазный инвертор обычно имеет шесть транзисторов-ключей и осуществляет преобразование тока до заданных частот и амплитуд, а затем подает его на статор. Инвертор может состоять из тиристорной схемы.

— Микропроцессорной системы управления. Управляет системами преобразования и защиты преобразователя.

Четкая синусоида выходного сигнала – результат работы IGBT-транзисторов в качестве ключей инвертора, которые работают с более высокой частотой переключения, чем устаревшие тиристоры.

Как работает частотный преобразователь?

Схема преобразователя представлена в наглядном виде на следующем рисунке. (схема 2)

На схеме отображены основные структурные части преобразователя, а именно: инвертор, диодный силовой выпрямитель, модуль управления широтно-импульсной модуляцией, система управления, дроссель и конденсатор фильтра. Регуляция выходной частоты и напряжения (fвых. и Uвых., соответственно) осуществляется путем широтно-импульсного управления высокой частоты. Управление зависит от периодичности модуляции. Это период, в течение которого статор по очереди получает сигнал от положительного и отрицательного полюса напряжения. Длительность периода модулируется согласно синусоидальному закону гармонических частот, дополнительное преобразование происходит уже в обмотках двигателя, где после фильтрации ток имеет уже строго синусоидальную форму.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя бмв е38

Сама кривая выходного напряжения – это двуполярная последовательность высокой частоты, созданная прямоугольными импульсами. Данные параметры также регулируются широтно-импульсной модуляцией, а сама ширина импульсов модулируется по синусоидальному закону. Изменение характеристик выходного напряжения осуществляется одним из двух способов: изменение AP (амплитуды) путем регуляции значения входного напряжения Uвх.; при Uвх., имеющим постоянное значение, путем внесения изменений в программу, контролирующую периодичность переключения переключателей V1-V6. Наличие современных IBGT-транзисторов на микропроцессорном управлении применение второго способа является более продуктивным и широко используемым. ШИМ также позволяет добиться формы кривой тока близкой к синусоиде, но уже благодаря свойствам обмоток, выполняющих функции фильтра.

Данный метод управления также позволяет существенно увеличить коэффициент полезного действия преобразователя и по своим характеристикам полностью аналогично методике управления путем изменения амплитуды и частоты тока. В наше время существует несколько компоновок инверторов с управляемыми ключами: запираемые GTO тиристоры; биполярные IGBT-транзисторные ключи с затвором. С примером можно ознакомиться на следующем рисунке. (рисунок 2) Здесь изображена мостовая трехфазная схема с использованием IGBT-транзисторов. Инвертор автономный. В данной схеме используется комплекс из 6 транзисторных ключей (на схеме V1-V6), емкостного фильтра тока. Транзисторы включены при помощи диодов обратного тока (на схеме D1-D6) по встречно-параллельной схеме.

Алгоритм переключения вентилей задается микропроцессором, переключение преобразует постоянное Uвх. в переменное выходное напряжение с прямоугольными импульсами. Активная составляющая токового потока асинхронного двигателя проходит через транзисторы, а реактивная – через диоды обратного тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;

Частотный преобразователь что меняет у двигателя

Каталог продукции:

  • Силовое оборудование
  • Модульное оборудование
  • Пускорегулирующая аппаратура и источники бесперебойного питания
  • Устройства управления и сигнализации
  • Шкафы и щиты
  • Электроустановочное оборудование (Розетки и выключатели)
  • Материалы и оборудование для построения кабельных трасс
  • Освещение
  • Электроотопление
  • Системы домашнего комфорта
  • Молниезащита и заземление
  • Изделия для монтажа и крепления
  • Системы прокладки кабеля в полах
  • Главная
  • Пускорегулирующая аппаратура и источники бесперебойного питания
  • Частотные преобразователи

Частотные преобразователи

Частотный преобразователь получил своё название исходя из функций – это устройство регулирует скорость вращения вала электродвигателя за счет создания на выходе напряжения заданной частоты. Преобразователи частоты, представленные в данном разделе каталога «ЕС Электрик», предназначены для управления электродвигателями с однофазным либо трехфазным напряжением питания и мощностью 0,18-630кВт.

Благодаря современным алгоритмам векторного управления двигателем и большим функциональным возможностям, преобразователи Altivar производства Schneider Electric могут служить с механизмами любого характера нагрузки. Например, данные устройства подходят для работы в конвейерных системах, в промышленных установках, деревообрабатывающих станках, в автомобилестроительной промышленности, на подъемном оборудовании, системах водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха и т.д..

Стоит отметить, что векторное управление электродвигателем остаётся самым распространенным и эффективным. Оно использует информацию с датчика положения вала двигателя и в соответствии с ней меняет амплитуду и частоту питающего напряжения. Векторное управление отличается высокой точностью поддержания скорости вращения.

И, как всегда, маленький совет от «ЕС Электрик»: выбирать частотный преобразователь должен профессионал. Подбор необходимого устройства будет зависеть от тех задач, которые необходимо выполнить клиенту, и от типа двигателя с которым будет работать «частотник». Уверены, что у Вас ещё остались вопросы, а значит: каталог перед вами, консультанты ждут звонков!

Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками

Сегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов.

Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.

  • Назначение частотного преобразователя
  • Принцип работы устройства
  • Самостоятельное изготовление прибора
    • Делаем трехфазный преобразователь
    • Частотник для однофазного двигателя
    • Возможные проблемы при проверке

Назначение частотного преобразователя

Асинхронный электродвигатель может работать и без частотника, но в этом случае у него будет постоянная скорость без возможности регулировки. К тому же отсутствие частотного преобразователя приведет к возрастанию пускового тока в 5−7 раз от номинального, что вызовет увеличение ударных нагрузок, повысит потери электроэнергии и приведет к существенному сокращению срока службы агрегата.

Для нивелирования всех вышеперечисленных негативных факторов были изобретены преобразователи частоты для асинхронных двигателей трехфазного и однофазного тока.

Частотник дает возможность в широких пределах регулировать скорость электродвигателя, обеспечивает плавный пуск, позволяет регулировать как скорость запуска, так и скорость торможения, подключать трехфазный мотор к однофазной сети и многое другое. Все эти функции зависят от микроконтроллера, на котором он построен, и могут отличаться у разных моделей.

Принцип работы устройства

Переменный ток поступает из сети на диодный мост, где он выпрямляется и попадает на батарею сглаживающих конденсаторов, где окончательно превращается в постоянный ток, который поступает на стоки мощных IGBT транзисторов, управляемых главным контроллером. Истоки транзисторов, в свою очередь, подключены к двигателю.

Вот упрощенная схема преобразователя частоты для трехфазного асинхронного двигателя.

Теперь рассмотрим, что происходит с транзисторами и как они работают.

Полевой транзистор (он же ключ, мосфет и пр.) — это электронный выключатель, принцип его действия основан на возникновении проводимости между двумя выводами (сток и исток) мосфета, при появлении на управляющем выводе (затворе) напряжения, превышающего напряжение стока.

В отличие от обычных реле, ключи работают на очень высоких частотах (от нескольких герц до сотен килогерц) так что заменить их на реле не получится.

С помощью этих быстродействующих переключателей микроконтроллер получает возможность управления силовыми цепями.

Читать еще:  Space engineers как запустить водородные двигатели

К контроллеру, кроме мосфетов, также подключены датчики тока, органы управления частотником, и другая периферия.

При работе частотного преобразователя микроконтроллер измеряет потребляемую мощность и, в соответствии с установленными на панели управления параметрами, изменяет длительность и частоту периодов, когда транзистор открыт (включен) или закрыт (выключен), тем самым изменяя или поддерживая скорость вращения электродвигателя.

Самостоятельное изготовление прибора

Несмотря на множество агрегатов заводского производства, люди делают преобразователи частоты самостоятельно, благо на сегодняшний день все его компоненты можно купить в любом радиомагазине или заказать из Китая. Такой частотник обойдется вам значительно дешевле покупного, к тому же вы не будете сомневаться в качестве его сборки и надежности.

Делаем трехфазный преобразователь

Собирать наш преобразователь будем на мосфетах G4PH50UD, которыми будет управлять контроллер PIC16F628A посредством оптодрайверов HCPL3120.

Собранный частотник при подключении в однофазную сеть 220 В будет иметь на выходе три полноценные фазы 220 В, со сдвигом 120°, и мощность 3 КВт.

Схема частотника выглядит так:

Так как частотный преобразователь состоит из частей, работающих как на высоком (силовая часть), так и на низком (управление) напряжении, то логично будет разбить его на три платы (основная плата, плата управления, и низковольтный блок питания для неё) для исключения возможности пробоя между дорожками с высоким и низким напряжением и выхода устройства из строя.

Вот так выглядит разводка платы управления:

Для питания платы управления можно использовать любой блок питания на 24 В, с пульсациями не более 1 В в размахе, с задержкой прекращения подачи питания на 2−3 секунды с момента исчезновения питающего напряжения 220 В.

Блок питания можно собрать и самим по этой схеме:

Обратите внимание, что номиналы и названия всех радиокомпонентов на схемах уже подписаны, так что собрать по ним работающее устройство может даже начинающий радиолюбитель.

Перед тем как приступить к сборке преобразователя, убедитесь:

  1. В наличии у вас всех необходимых компонентов;
  2. В правильности разводки платы;
  3. В наличии всех нужных отверстий для установки радиодеталей на плате;
  4. В том, что не забыли залить в микроконтроллер прошивку из этого архива:

Если вы все сделали правильно и ничего не забыли, можете приступать к сборке.

После сборки у вас получится что-то похожее:

Теперь вам осталось проверить устройство: для этого подключаем двигатель к частотнику и подаем на него напряжение. После того как загорится светодиод, сигнализирующий о готовности, нажмите на кнопку «Пуск». Двигатель должен начать медленно вращаться. При удержании кнопки двигатель начинает разгоняться, при отпускании — поддерживает обороты на том уровне, до которого успел разогнаться. При нажатии кнопки «Сброс» двигатель останавливается с выбегом. Кнопка «Реверс» задействуется только при остановленном двигателе.

Если проверка прошла успешно, то можете начинать изготавливать корпус и собирать в нем частотник. Не забудьте сделать в корпусе отверстия для притока холодного и оттока горячего воздуха от радиатора IGBT транзисторов.

Частотник для однофазного двигателя

Преобразователь частоты для однофазного двигателя отличается от трехфазного тем, что имеет на выходе две фазы (ошибки тут нет, двигатель однофазный, при подключении без частотника рабочая обмотка подключается в сеть напрямую, а пусковая — через конденсатор; но при использовании частотника пусковая обмотка подключается через вторую фазу) и одну нейтраль — в отличие от трех фаз у последнего, так что сделать частотник для однофазного электродвигателя, используя в качестве основы схему от трехфазного, не получится, поэтому придется начинать все сначала.

В качестве мозга этого преобразователя мы будем использовать МК ATmega328 с загрузчиком ардуины. В принципе, это и есть Arduino, только без своей обвязки. Так что, если у вас в закромах завалялась ардуинка с таким микроконтроллером, можете смело выпаивать его и использовать для дела, предварительно залив на него скетч (прошивку) из этого архива:

К атмеге будет подключен драйвер IR2132, а уже к нему — мосфеты IRG4BC30, к которым мы подключим двигатель мощностью до 1 КВт включительно.

Схема частотного преобразователя для однофазного двигателя:

Также для питания ардуины (5в) и для питания силового реле (12в), нам понадобятся 2 стабилизатора. Вот их схемы:

Стабилизатор на 12 вольт.

Стабилизатор на 5 вольт.

Внимание! Эта схема не из простых. Возможно, придется настраивать и отлаживать прошивку для достижения полной работоспособности устройства, но это несложно, и мануалов по программированию Arduino в интернете — великое множество. К тому же сам скетч содержит довольно подробные комментарии к каждому действию. Но если для вас это слишком сложно, то вы можете попробовать найти такой частотник в магазине. Пусть они и не так распространены, как частотники для трехфазных двигателей, но купить их можно, пусть и не в каждом магазине.

Еще обратите внимание на то, что включать схему без балласта нельзя — сгорят выходные ключи. Балласт нужно подключать через диод, обращенный анодом к силовому фильтрующему конденсатору. Если подключите балласт без диода — опять выйдут из строя ключи.

Если вас все устраивает, можете приступать к изготовлению платы, а затем — к сборке всей схемы. Перед сборкой убедитесь в правильности разводки платы и отсутствии дефектов в ней, а также — в наличии у вас всех указанных на схеме радиодеталей. Также не забудьте установить IGBT-транзисторы на массивный радиатор и изолировать их от него путем использования термопрокладок и изолирующих шайб.

После сборки частотника можете приступать к его проверке. В идеале у вас должен получиться такой функционал: кнопка «S1» — пуск, каждое последующее нажатие добавляет определенное (изменяется путем редактирования скетча) количество оборотов; «S2» — то же самое, что и «S1», только заставляет двигатель вращаться в противоположном направлении; кнопка «S3» — стоп, при её нажатии двигатель останавливается с выбегом.

Читать еще:  Что значит турбированный дизельный двигатель

Обратите внимание, что реверс осуществляется через полную остановку двигателя, при попытке сменить направление вращения на работающем двигателе произойдет его мгновенная остановка, а силовые ключи сгорят от перегрузки. Если вам не жаль денег, которые придется потратить на замену мосфетов, то можете использовать эту особенность в качестве аварийного тормоза.

Возможные проблемы при проверке

Если при проверке частотника схема не заработала или заработала неправильно, значит, вы где-то допустили ошибку. Отключите частотник от сети и проверьте правильность установки компонентов, их исправность и отсутствие разрывов/замыканий дорожек там, где их быть не должно. После обнаружения неисправности устраните её и проверьте преобразователь снова. Если с этим все в порядке, приступайте к отладке прошивки.

Компания EATON меняет представление о частотных преобразователях: только самые необходимые функции

АЛЕКСАНДР БЕСПАЛОВ:
«DE1 — это простота и надежность»

Какие функции выполняют частотные преобразователи?

Основное назначение частотных преобразователей — эффективная регулировка скорости вращения вала двигателя. Обеспечивая плавный пуск и остановку электродвигателя, изменение скорости и направление вращения, они позволяют улучшить динамику работы электродвигателя, защитить его от возникновения аварийных ситуаций, регулировать необходимые технологические параметры, повысить надежность и долговечность работы оборудования, а также увеличить его энергоэффективность. Современные преобразователи частоты представляют собой высокоинтеллектуальные устройства, которые обладают, помимо базовых, рядом дополнительных функций: встроенным ПИ- или ПИД- регулятором, векторным управлением скоростью, широким набором защит, возможностью взаимодействия с различными сетями автоматизации и встроенным ПЛК.

Насколько этот набор функций востребован покупателями?

В целом, перечисленные функции преобразователей частоты имеют спрос на рынке. Во многих случаях стандартного пускателя (обеспечивающего прямой пуск двигателя) может быть недостаточно, однако чаще всего перечисленные выше функции преобразователей частоты не нужны заказчикам в полном объеме, что приводит к существенным переплатам при покупке продукта.

В связи с этим возникает потребность в создании надежных и простых пускателей с функцией регулирования скорости.

Какое решение предлагает ваша компания?

Новый пускатель с регулировкой скорости Eaton PowerXL DE1, который представляет собой самый простой преобразователь частоты и обладает только необходимыми функциями:

  • плавный пуск и остановка двигателя с ограничением тока и возможностью запуска повышенной нагрузки;
  • возможность регулирования скорости вращения;
  • реверс электродвигателя;
  • защита двигателя от основных аварийных режимов.

PowerXL DE1 позволяет устранить простои оборудования и предотвратить аварийное отключение устройства при помощи таких функций, как автоматический сброс ошибки при перегрузке, торможение вала двигателя перед включением (для устранения бросков тока), автоматическое увеличение времени торможения при большой инерционности нагрузки (для исключения ошибки перенапряжения) и адаптация частоты ШИМ ко внешним условиям работы для исключения перегрева устройства.

Пускатель с регулировкой скорости Eaton PowerXL серии DE1 сочетает в одном устройстве преимущества пускателя и преобразователя частоты — простоту использования и возможность регулирования скорости вращения. Продукт обладает самыми необходимыми функциями: плавный пуск и остановка двигателя с ограничением тока и возможностью запуска повышенной нагрузки, регулирование скорости вращения, реверс электродвигателя, защита двигателя от основных аварийных режимов. PowerXL DE1 позволяет устранить простои оборудования и аварийное отключение устройства при помощи функций автоматического сброса ошибки при перегрузке, торможения вала двигателя перед включением для устранения бросков тока, автоматического увеличения времени торможения при большой инерционности нагрузки, уменьшения частоты ШИМ при перегреве устройства. Основным преимуществом устройства является отсутствие необходимости в настройке, простота монтажа и эксплуатации, позволяющая потребителям получить экономию как при закупке оборудования, так и при реализации и обслуживании решения.

Расскажите, пожалуйста, об особенностях установки и эксплуатации продукта.

Устройство не нуждается в предварительной настройке и может быть быстро введено в эксплуатацию без привлечения высококвалифицированного персонала. При необходимости конфигурацию можно осуществить через опциональный настроечный модуль с помощью простой отвертки. В таком случае экономия времени на монтаж и запуск в эксплуатацию составит до 70% по сравнению со стандартным преобразователем частоты. Быстрая и безошибочная установка, легкая замена пускателя двигателя, возможность ввода в эксплуатацию «своими силами» и некоторые другие факторы существенно уменьшают затраты потребителя в процессе использования устройства.

Компактный и эргономичный корпус DE1 шириной 45 или 90 мм (в зависимости от мощности), установка как на DIN-рейку, так и на монтажную плату, а также возможность монтажа «встык» позволяют сэкономить место в шкафу управления. В базовой комплектации DE1 не оснащен клавиатурой управления, что исключает возможность неквалифицированного обращения при эксплуатации или сброса настроек. При такой простоте использования устройство максимально надежно за счет высокой устойчивости к токам короткого замыкания (до 100 кА) и работы при температуре до +60 °С без ухудшения рабочих характеристик.

На фронтальной стороне устройства находятся светодиоды, сигнализирующие о режиме работы устройства и возникновении проблем. При этом там же нанесена расшифровка основных типов ошибок, что позволяет определить тип ошибки без документации при ее возникновении. Дополнительно на лицевую панель может быть установлен настроечный модуль, предоставляющий возможность изменять параметры скорости, времени пуска и торможения, тепловой защиты, а также конфигурацию входов/выходов.

Как потребители могут использовать устройство?

Преобразователи PowerXL DE1 применяются для управления трехфазными двигателями, причем подключение возможно как к однофазной, так и к трехфазной сети питания в двух размерах: шириной 45 мм (до 1,5 кВт) или 90 мм (от 2,2 до 7,5 кВт). Кроме того, преобразователь частоты DE1 имеет малые токи утечки ( 15.09.2015 | Рынок, Частотные преобразователи
Метки: Eaton
Оставить комментарий

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector