Для чего нужен частотный преобразователь для электродвигателя: Для чего нужен частотный преобразователь

Зачем нужен частотный преобразователь — верный ответ

Преобразователь частоты является электронным устройством, которое служит для преобразования параметров частоты электрического тока. Его использование позволяет обеспечить непрерывное управления процессом трансформации входных электрических параметров — в выходные.

Назначение и область применения преобразователей частоты

Наибольшую актуальность частотные преобразователи приобрели в сфере управления скоростью вращения синхронных и асинхронных электродвигателей. Использование частотников в значительной мере позволяет оптимизировать производство, снизить потребление энергоресурсов, и увеличить срок службы подключённого к ним электрооборудования.

Преимущества использования преобразователей частоты:

управление и контроль скорости вращения электродвигателя;
защита от бросков напряжения и перегрузок;

обеспечение плавного пуска и остановки подконтрольного электрооборудования;
облегчение рабочего процесса при выполнении сложных технических задач;
устойчивость к продолжительным нагрузкам и импульсным действиям;
возможность экономии энергоресурсов вплоть до 40-50 %;
увеличение КПД электродвигателей;
снижение износа и улучшение механических показателей подключённого оборудования;
осуществление непрерывного мониторинга технологических параметров и возможность оперативного вмешательства.

Благодаря возможности регулировки скоростных характеристик двигателей, инверторы получили широкое распространение в промышленности и хозяйственной деятельности человека.

Сфера применения частотника:

пищевая промышленность;
тяжёлая промышленность;
лёгкая промышленность;
средства малой механизации;

медицинское оборудование;
насосное оборудование;
система водоснабжения;
компрессоры;
транспорт;
высокоточные электромеханические станки.

Устройство и принцип действия

Электрическая схема частотного преобразователя состоит из двух частей:

силовой;
управляющей.

Силовая часть собрана на транзисторах или тиристорах. Управляющая часть имеет вид электрической схемы на цифровых микропроцессорах, которая способна управлять силовыми электрическими составляющими входящих параметров.

Выделяют два этапа преобразования:

1) На первом этапе преобразования входное напряжение (220В либо 380В) выпрямляется с помощью диодного моста. Затем, проходя через фильтр собранный на конденсаторах, «вырезанные» части входного сигнала сглаживаются.

2) На этом этапе, из частей выпрямленного напряжения, формируется сигнал желаемой последовательности с необходимыми параметрами амплитуды и частоты. Это достигается при помощи микросхем, способных управлять выходными параметрами. Заданные элементами управления прямоугольные импульсы необходимой частоты передаются двигателю. Индуктивность обмотки статора интегрирует эти импульсы, превращая их в синусоиду.

Классификация частотников

По величине и типу электропитания различают инверторы нескольких видов:

однофазные;
трёхфазные;
высоковольтные агрегаты.

Полупроводниковые частотные преобразователи производят преобразование тока или напряжения промышленной сети. Выходные параметры необходимого сигнала свободно регулируются элементами управления.

По принципу функционирования частотники делятся на классы:

ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока. Тиристорный либо транзисторный преобразователь, нуждающийся в дополнительном звене постоянного напряжения, для безопасной и правильной работы подключённого электродвигателя.
ПЧ с непрерывной связью питающей сети и электрической машины. Представляет собой тиристорный реверсивный преобразователь, способный надёжно функционировать без использования дополнительного оборудования.

У современных преобразователей частоты присутствует экранный дисплей с возможностью отслеживания и задания различных параметров (частота, ток, напряжение, мощность, скорость, крутящий момент, продолжительность работы инвертора).

В зависимости от сферы применения различают инверторы:
• промышленного применения;
• осуществляющие управление техники с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
• используемые в условиях динамической нестабильности и взрывоопасности;
• монтируемые непосредственно на корпус двигателя;
• векторного способа управления;
• для кранового и подъёмного механизмов.

Способы подключения и настройка

Все современные преобразователи частоты оснащены специальными выводами для более удобного их подключения к электродвигателю. Всё сложное схемное исполнение уже смонтировано в корпусе агрегата. В электрической цепи инвертор занимает место сразу после автоматического выключателя, который должен соответствовать номиналу рабочего тока электродвигателя.

При включении частотного преобразователя в однофазную цепь, порог срабатывания автоматического выключателя рассчитывается на величину, в три раза превосходящую рабочий ток в этой цепи.

При трёхфазном питании, необходимо использовать специальный трёхфазный автоматический выключатель с общим рычагом. Ток срабатывания автомата в этом случае, должен ровняться рабочему току каждой из фаз двигателя.

“Внимание! Монтаж автоматического выключателя, при подключении двигателя к инвертору, необходимо выполнять в разрыв нулевого провода. Устанавливать автомат в разрыв провода заземления – запрещено!
”

Настройка подключения преобразователя частоты, заключается в правильном подсоединении проводов и жил кабеля необходимого сечения к конкретным выводам подключаемого электродвигателя.

Способы подключения частотных преобразователей частоты к электродвигателям:

Треугольник. Выводы преобразователя соединяются с последовательно соединёнными обмотками статора управляемого двигателя. Такое подключение используется для бытового подключения к однофазным сетям, где напряжение на выходе инвертора не превышает значение на входе более чем на 50%.
Звезда. Тип соединения, при котором выводы инвертора подключаются к параллельно соединённым обмоткам электродвигателя. Такое соединение используется при включении преобразователя в трёхфазную сеть промышленных объектов.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

назначение и принцип работы, применение для управления вращением электродвигателя

Частотный преобразователь — электронное устройство для изменения частоты тока. Оно широко применяется для работы асинхронных электрических двигателей. Использование этого прибора позволяет продлить срок службы механизмов и увеличить экономию электроэнергии.

Достигается это тем, что преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает плавный пуск рабочего режима электрооборудования и его остановку.

Устройство и назначение

Частотный преобразователь представляет собой набор схем, в которых тиристоры или транзисторы функционируют в режиме электронных ключей. Основное управление этими ключами осуществляет микропроцессор, который параллельно выполняет контроль, диагностику и защиту.

Часто преобразователь называют инвертором частотником. Существует два класса оборудования этого назначения:

С прямой связью.
С промежуточным звеном постоянного тока.

По своим характеристикам каждый класс обладает своими преимуществами и недостатками, которые и определяют место их конкретного использования. Управляемый выпрямитель считается основным электрическим устройством в инверторах с прямой связью. Во время работы он отключает тиристоры и подключает статорную обмотку электродвигателей к сети.

Преобразование выходного напряжения происходит за счет участков входного, поэтому их частота не может быть равна или больше питания, поступающего от источника. То есть она находится в пределах от 0 до 50 Гц, что приводит к слишком малому диапазону управления частотой вращения электродвигателя.

Эти параметры не позволяют подобные конструкции использовать в современных, регулируемых по частоте приводах.

Асинхронные электродвигатели требуют сложную регулировку вращения, которую и обеспечивают преобразователи частоты, создающие на выходе высокочастотное напряжение до 800 Гц.

Принцип действия

Если объяснять принцип работы частотного преобразователя, то можно сказать, что применение этого устройства позволяет эффективно и качественно управлять работой мощных асинхронных электродвигателей.

Оборудование представляет собой частотно-регулируемый привод (ЧРП), за счет которого улучшились технические характеристики машин и механизмов. Чтобы изменить число оборотов вала двигателя, необходимо отрегулировать амплитуду напряжения и частоты. Принцип работы преобразователя частоты основан на двух способах:

Скалярное управление — позволяет проводить регулировку согласно линейному закону, когда амплитуда и частота пропорционально зависят друг от друга. То есть изменение частоты влияет на амплитуду поступающего напряжения, которое действует на крутящий момент и коэффициент мощности механизма. Очень важно, чтобы момент нагрузки на валу электродвигателя оставался одинаковым, а отношение напряжения к выходной частоте оставалось неизменным.
Векторная регулировка — позволяет удерживать постоянную нагрузку при любых изменениях частоты. Осуществляет более точное управление, и электропривод мягче реагирует на изменение выходной мощности. Следует учитывать, на момент вращения влияет величина тока статора, точнее, магнитное поле, которое он создает.

Промышленное напряжение поступает на выпрямитель, который сглаживает синусоиды, оставляя пульсации сигнала. Чтобы их ликвидировать и сгладить форму выходного напряжения, предусмотрены в конструкции конденсаторы с индуктивностью.

С выпрямителя сигнал поступает на вход инвертора, состоящего из шести транзисторов с диодами, которые выполняют защитные функции от напряжения обратной полярности. Иногда в схемах могут стоять тиристоры, но они действуют медленнее и с большими помехами.

Чтобы обеспечить плавное торможение вращения, в конструкцию вмонтирован регулируемый транзистор с мощным сопротивлением. По такому принципу работает частотный преобразователь для электродвигателя.

Выпускаемые модели

Во многих областях применяются асинхронные двигатели, работа которых характеризуется высокими показателями устойчивости и безопасности. Это особенно важно, так как любое устройство обладает своими индивидуальными характеристиками, зачем и нужны инверторы, которые обеспечивают оптимизацию параметров их питания. К новой линейке оборудования относятся:

Emotron FDU 2.0 — преобразователь частоты последнего поколения, выпускаемый шведской компанией Emotron. Устройство работает в диапазоне от 0,75 до 1,6 кВт и рассчитано на разные группы напряжения: 3×380 B, 3×500 B, 3×690 B. В основном инвертор используется для насосного или вентиляционного оборудования.
Emotron серии CDU/CDX — оборудование, предназначенное для контроля за работой лифта. Инверторы этой марки устанавливаются как на новые лифты, так и для модернизации старых конструкций. Монтируются в машинном отделении или непосредственно рядом с шахтой.
«Лидер» — преобразователь частоты применяется для управления асинхронными двигателями в насосном, вентиляционном оборудовании, мельницах, дробилках, центрифугах и так далее. Устройство исключает присутствие динамических ударов во время запуска, что позволяет в 1,5—2 раза увеличить срок службы двигателя и приводного механизма.
Easydrive серии Smart — инвертор, обладающий выходной мощностью от 1 Гц до 2 кГц. Отличается автоматическим определением параметров электродвигателя, когда механизм неподвижен. Устройство обладает семью программируемыми входами переключения, которые позволяют выполнять до 30 функций.

Все модели позволяют менять направление вращения вала электродвигателя, экономить основные энергетические ресурсы, снижать эксплуатационные затраты.

Правила подключения и настройки

Для полноценной и эффективной работы инвертора асинхронного электродвигателя его необходимо правильно подключить и настроить. В схему перед частотником устанавливается нужный автоматический выключатель. Если это трехфазная сеть, то выключатель должен быть рассчитан на напряжение 380 В, а сила тока соответствовать номиналу двигателя.

В случае аварийной ситуации в сети на одной фазе, отключены будут и остальные токоведущие проводники. Величина тока разрыва должна соответствовать значению в отдельной фазе электродвигателя. При использовании преобразователя частоты в однофазной сети устанавливается одиночный автоматический выключатель, по номиналу превышающий в три раза значение тока.

В обоих случаях автоматические выключатели не рекомендуется устанавливать в разрыв заземляющего или нулевого проводника, необходимо осуществлять только прямое подключение.

Чтобы подключение было выполнено правильно, идущие от преобразователя токоведущие провода должны быть подключены к соответствующим клеммам двигателя.

Статорные обмотки механизма соединяются «звездой» или «треугольником», в зависимости от того, какое напряжение поступает от инвертора. Если оно совпадает с наименьшим значением на корпусе электродвигателя, то применяется схема «треугольник». При совпадении высокого значения напряжения соединение проводится по схеме «звезда».

Далее, инвертор подключается к контроллеру и блоку управления, который обычно поставляется в комплекте с преобразователем. Все подключения проводятся по схеме, входящей в руководство по эксплуатации оборудования. После выполнения крепежных работ включается автомат и на инвертор подается питание, о чем будет сигнализировать лампочка на пульте.

Для начала работы частотника включается кнопка запуска и осуществляется поворот соответствующей рукоятки. Электродвигатель медленно начнет вращаться. Если необходимо поменять вращение в обратную сторону, то для этого на пульте находится соответствующий тумблер. Чтобы добиться необходимого количества оборотов двигателя, устанавливается необходимая частота напряжения или вращения, в зависимости от модели оборудования.

Частотный преобразователь: устройство, принцип работы, назначение

Так как электропривод является одним из основных способов механизации производств и бытовых задач, в ряде случаев возникает необходимость регулировки оборотов электродвигателей. В зависимости от их вида и принципа работы используются различные технические решения. Одним из них является частотный преобразователь. Что это такое и где применяется частотник, мы расскажем в этой статье.

Определение

По определению частотный преобразователь – это электронный силовой преобразователь для изменения частоты переменного тока. Но в зависимости от исполнения изменяется и уровень напряжения, и число фаз. Может быть вам не совсем понятно, для чего нужен такой прибор, но мы постараемся рассказать о нём простыми словами.

Частота вращения вала синхронных и асинхронных двигателей (АД) зависит от частоты вращения магнитного потока статора и определяется по формуле:

n=(60*F/p)*(1-S),

где n – число оборотов вала АД, p – число пар полюсов, s – скольжение, f – частота переменного тока (для РФ – 50 Гц).

Простым языком, частота вращения ротора зависит от частоты и числа пар полюсов. Число пар полюсов определяется конструкцией катушек статора, а частота тока в сети постоянна. Поэтому, чтобы регулировать обороты мы можем регулировать только частоту с помощью преобразователей.

Устройство

С учетом сказанного выше сформулируем заново ответ на вопрос, что это такое:

Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты переменного тока, следовательно, и числа оборотов ротора асинхронной (и синхронной) электрической машины.

Условное графическое обозначение согласно ГОСТ 2.737-68 вы можете видеть ниже:

Электронным он называется потому, что в основе лежит схема на полупроводниковых ключах. В зависимости от функциональных особенностей и типа управления будут видоизменяться и принципиальная электрическая схема, и алгоритм работы.

На схеме ниже вы видите как устроен частотный преобразователь:

Принцип действия преобразователя частоты лежит в следующем:

Сетевое напряжение подаётся на выпрямитель 1 и становится выпрямленным пульсирующим.
В блоке 2 сглаживаются пульсации и частично компенсируется реактивная составляющая.
Блок 3 – это группа силовых ключей, управляемых системой управления (4) методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такая конструкция позволяет получить на выходе двухуровневое ШИМ-регулируемое напряжение, которое после сглаживания приближается к синусоидальному виду. В дорогих моделях нашла применение трёхуровневая схема, где используется больше ключей. Она позволяет добиться более близкой к синусоидальной формы сигнала. В качестве полупроводниковых ключей могут использоваться тиристоры, полевые или IGBT-транзисторы. В последнее время наиболее востребованы и популярны последние два типа из-за эффективности, малых потерь и удобства управления.
С помощью ШИМ формируется нужный уровень напряжения, простыми словами – так модулируют синусоиду, поочередно включая пары ключей, формируя линейное напряжение.

Так мы кратко рассказали, как работает и из чего состоит частотный преобразователь для электродвигателя. Он используется в качестве вторичного источника электропитания и не просто управляет формой тока питающей сети, а преобразует его величину и частоту в соответствии с заданными параметрами.

Виды частотников и сфера применения

Способы управления

Регулировка оборотов может осуществляться разными способами, как по способу установки требуемой частоты, так и по способу регулирования. Частотники по способу управления делят на два типа:

Со скалярным управлением.
С векторным управлением.

Устройства первого типа регулируют частоту по заданной функции U/F, то есть вместе с частотой изменяется и напряжение. Пример такой зависимости напряжения от частоты вы можете наблюдать ниже.

Она может отличаться и программироваться под конкретную нагрузку, например, на вентиляторах она не линейная, а напоминает ветвь параболы. Такой принцип работы поддерживает магнитный поток в зазоре между ротором и статором почти постоянным.

Особенностью скалярного управления является его распространенность и относительная простота реализации. Используется чаще всего для насосов, вентиляторов и компрессоров. Такие частотники часто используют, если нужно поддерживать стабильное давление (или другой параметр), это могут быть погружные насосы для скважин, если рассматривать бытовое применение.

На производстве же сфера применения широка, например, регулировка давления в тех же трубопроводах и производительности автоматических систем вентиляции. Диапазон регулирования обычно составляет 1:10, простым языком максимальная скорость от минимальной может отличаться в 10 раз. Из-за особенностей реализации алгоритмов и схемотехники такие устройства обычно дешевле, что и является основным преимуществом.

Недостатки:

Не слишком точная поддержка оборотов.
Медленнее реакция на изменение режима.
Чаще всего нет возможности контролировать момент на валу.
С ростом скорости сверх номинальной падает момент на валу двигателя (то есть когда поднимаем частоту выше номинальных 50 Гц).

Последнее связано с тем, что напряжение на выходе зависит от частоты, при номинальной частоте напряжение равняется сетевому, а выше частотник поднимать «не умеет», на графике вы могли видеть ровную часть эпюры после 50 Гц. Следует отметить и зависимость момента от частоты, она падает по закону 1/f, на графике ниже изображена красным, а зависимость мощности от частоты синим.

Преобразователи частоты с векторным управлением имеют другой принцип работы, здесь не просто напряжение соответствует кривой U/f. Характеристики выходного напряжения изменяются в соответствии с сигналами от датчиков, так чтобы на валу поддерживался определенный момент. Но зачем нужен такой способ управления? Более точная и быстрая регулировка – отличительные черты частотного преобразователя с векторным управлением. Это важно в таких механизмах, где принцип действия связан с резким изменением нагрузки и момента на исполнительном органе.

Такая нагрузка характерна для токарных и других видов станков, в том числе ЧПУ. Точность регулирования до 1,5%, диапазон регулировки – 1:100, для большей точности с датчиками скорости и пр. – 0,2% и 1:10000 соответственно.

На форумах бытует мнение, что на сегодняшний день разница в цене между векторными и скалярными частотниками меньше чем была раньше (15-35% в зависимости от производителя), а главным отличием является в большей степени прошивка, чем схемотехника. Также отметим, что большинство векторных моделей поддерживают и скалярное управление.

Преимущества:

большая стабильность работы и точность;
быстрее реакция на изменения нагрузки и высокий момент на низкой скорости;
шире диапазон регулирования.

Главный недостаток – стоит дороже, чем скалярные.

В обоих случаях частота может задаваться вручную или датчиками, например, датчиком давления или расходомером (если речь вести о насосах), потенциометром или энкодером.

Во всех или почти во всех преобразователях частоты есть функция плавного пуска двигателя, что позволяет легче пускать двигатели от аварийных генераторов практически без риска его перегрузки.

Количество фаз

Кроме способов реагирования частотники отличаются и количеством фаз на входе и выходе. Так различают частотные преобразователи с однофазным и трёхфазным входом.

При этом большинство трёхфазных моделей могут питаться от одной фазы, но при таком применении их мощность уменьшается до 30-50%. Это связано с допустимой токовой нагрузкой на диоды и другие силовые элементы схемы. Однофазные же модели выпускаются в диапазоне мощностей до 3 кВт.

Важно! Учтите, что при однофазном подключении с напряжением на вход 220В, будет выход 3 фазы по 220В, а не по 380В. То есть линейное на выходе будет именно 220В, если говорить кратко. В связи с чем распространенные двигатели с обмотками, рассчитанными на напряжения 380/220В нужно соединять в треугольник, а те что на 127/220В – в звезду.

В сети вы можете найти много предложений типа «частотный преобразователь 220 на 380» — это в большинстве случаев маркетинг, продавцы любые три фазы называют «380В».

Чтобы получить настоящие 380В из одной фазы нужно либо использовать однофазный трансформатор 220/380 (если вход преобразователя частоты рассчитан на такое напряжение), либо использовать специализированный частотный преобразователь с однофазным входом и 380В трёхфазным выходом.

Отдельным и более редким видом преобразователей частоты являются однофазные частотники с однофазным выходом 220. Они предназначены для регулировки однофазных двигателей с конденсаторным пуском. Примером таких устройств являются:

ERMAN ER-G-220-01
INNOVERT IDD

Схема подключения

В реальности же, чтобы получить из частотного преобразователя 380В выход 3 фазы, нужно подключить на вход 3 фазы 380В:

Подключение частотника к одной фазе аналогично, за исключением подключения питающих проводов:

Однофазный преобразователь частоты для двигателя с конденсатором (насоса или вентилятора малой мощности) подключается по такой схеме:

Как вы могли видеть на схемах, кроме питающих проводов и проводов к двигателю у частотника есть и другие клеммы, к ним подключаются датчики, кнопки выносного пульта управления, шины для подключения к компьютеру (чаще стандарта RS-485) и прочее. Это даёт возможность управления двигателем по тонким сигнальным проводам, что позволяет убрать частотный преобразователь в электрощит.

Частотники – это универсальные устройства, назначение которых не только регулировка оборотов, но и защита электродвигателя от неправильных режимов работы и электропитания, а также от перегрузки. Кроме основной функции в устройствах реализуется плавный пуск приводов, что снижает износ оборудования и нагрузки на электросеть. Принцип работы и глубина настройки параметров большинства частотных преобразователей позволяет экономить электроэнергию при управлении насосами (ранее управление осуществлялось не за счет производительности насоса, а с помощью задвижек) и другим оборудованием.

На этом мы и заканчиваем рассмотрение вопроса. Надеемся, после прочтения статья вам стало понятно, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

Частотный преобразователь: полный обзор функций частотника

Преобразователем частоты именуют статическую преобразовательную конструкцию, используемую с целью регуляции скорости вращения асинхронного электрического двигателя. Устройства данного типа, работающие на переменном токе, гораздо проще сконструированы, и их легче эксплуатировать в сравнении с двигателями, использующими постоянный ток. Это способствует популяризации асинхронного электродвигателя.

Преобразователь частоты обеспечивает плавность пуска и остановки электрического двигателя. Наиболее уместно его использование для крупного электродвигателя с большой мощностью.

Кроме частотного преобразователя для регуляции вращательной скорости могут применяться: механические вариаторы, гидравлические муфты и т. д. Однако, такие компоненты имеют ряд недостатков:

Низкий уровень качества;
Сложная конструкция;
Высокая себестоимость;
Узкий диапазон вариантов рабочей частоты.

Частотный преобразователь для электродвигателя, регулирующий уровень напряжения питающего тока и его частоту, по данным пунктам явно отличается в лучшую сторону. Как результат, КПД преобразования стремится к ста процентам при достаточно низкой угрозе поломок.

Классификация преобразователей частоты

Согласно типу питающего напряжения необходимого для работы частотного преобразователя, существуют устройства следующих групп:

Однофазные;
Трёхфазные;
Высоковольтные.

Преобразователь может быть подключён к электродвигателям следующих типов:

Однофазным, имеющим расщеплённые полюса, и однофазным конденсаторным;
Трёхфазным, асинхронного типа, работающим с использованием переменного тока.
Оснащённых постоянными магнитами.

Существует несколько сфер использования частотного преобразователя:

Общепромышленная;
Векторное преобразование частоты;
Механизмы с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
Преобразователи частоты в кранах и иных подъёмных механизмах;

Также существуют взрывозащищённые преобразователи, ориентированные на тяжёлые условия эксплуатации, и децентрализованные модели, которые устанавливаются прямо на базе асинхронного электродвигателя.

Особенности устройства преобразователя частоты

Типичная схема, свойственная частотному преобразователю, основана на построении двойного преобразования. Это означает, что устройство состоит из:

Звена постоянного тока, также сформированного из неуправляемого выпрямителя и фильтра;
Силового импульсного инвентора;
Системы управления.

Первый компонент отвечает за преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное. После неуправляемого выпрямителя движения тока происходит через транзисторные ключи, обеспечивающие подключение обмотки асинхронного двигателя к положительным и отрицательным выводам звена постоянного тока. Эти транзисторы вместе называются силовым импульсным инвентором. Трёхфазный инвентор, состоящий из шести, осуществляет преобразование выпрямленного напряжения соответственно в трёхфазное переменное значение необходимой частоты и амплитуды, передаваемое на обмотку статора электрического двигателя.

Для компоновки импульсного инвентора предпочтительно использование IGBT-транзисторов (биполярные, имеют затвор), поскольку они являются обладателями достаточно высокой частоты переключения. Это позволяет формировать на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями.

Принципы функционирования частотного преобразователя

Регуляция пускового тока может осуществляться вручную, но это увеличивает затраты электропотребления и снижает срок эксплуатации асинхронного двигателя. Обычно без преобразователя напряжения показания до семи раз превышают значение номинала. Определённо, это не самые лучшие условия для эксплуатации.

Принцип работы преобразователей частоты связан со спецификой действия асинхронного электродвигателя. У двигателя подобного вида наблюдается зависимость между вращательной частотой магнитного поля и частотой напряжения питающего тока. В данном моменте и заключается смысл методики частотного управления. Изменяемая преобразователем входная частота напряжения отвечает за регуляцию частоты вращения. Таким образом, диапазон значений выходного напряжения весьма широк.

По принципу работы силового элемента частотные преобразователи можно отнести к следующим категориям:

Конструкции, имеющие выраженный промежуточный неуправляемый выпрямитель.
Конструкции, имеющие непосредственную связь (без промежуточного звена).

Частотники второго типа появились гораздо раньше, в них силовой компонент представлен управляемым выпрямителем, сконструированным из тиристоров. Формирование выходного сигнала происходит при поочерёдном отпирании тиристоров управляющим узлом. На сегодняшний день такие приборы потеряли свою актуальность.

Что касается частотного преобразователя первого типа, то он примечателен тем, что его можно запитать через внешнее звено постоянного тока. Сам частотник при этом защищается предохранителем быстрого действия. Однако, это делает нежелательным применение контакторов, поскольку данная разновидность коммутации провоцирует возникновение повышенного зарядного тока и выгорание предохранителей.

Работа частотного преобразователя связана с принципом двойного преобразования напряжения:

Регуляция сетевого напряжения через выпрямление и фильтрование (для этого используются конденсаторные системы).
Задействуется электронное управление, устанавливающее заблаговременно выбранную частоту тока.
Происходит образование прямоугольных импульсов, корректируемых при помощи обмотки статора. В результате они преобразуются в синусоиду.

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Существует диада основных принципов регуляции частотных преобразователей:

Принцип скалярного управления.

Преобразователи частоты управляемые по данному принципу имеют низкую себестоимость. Часто применяются в приводах устройств, где степень частоты вращения может регулироваться в соотношении 1:40. Это позволяет адекватно управлять работой насосов, компрессоров, вентиляторов. К тому скалярный метод позволяет осуществлять регуляцию работы сразу нескольких электродвигателей.

Векторный принцип.

Имеют максимальное совпадение характеристик асинхронных электроприводов с параметрами приводов ПТ. Этому способствует разделение регуляционных каналов, связанных с потокосцеплением и вращательной скоростью асинхронного двигателя. Частотники, работающие в рамках данной системы управления, более дорогие по цене и применяются в устройствах требующих высокоточного регулирования скорости: станках, лифтах, кранах.

Как и где следует применять частотный преобразователь

Частотный преобразователь позволяет регулировать скорость действия следующих механизмов:

Насосов, перекачивающих горячую или холодную воду по системе водоснабжения и обогрева;
Вспомогательных агрегатов котельных, тепловых электростанций, ТЭЦ и т.д.;
Дробилках, мельницах, мешалках;
Песковых и пульповых насосов, используемых на обогатительных фабриках;
Лифтовых установок;
Разнотипных центрифуг;
Производственных линий, создающих ленточные материалы;
Кранового и эскалаторного оборудования;
Устройств, обеспечивающих силовые манипуляции;
Приводов на буровых станках, специализированных приборов и так далее.

Наиболее очевидна польза частотных преобразователей с точки зрения экономии:

Оптимальный уровень КПД позволяет вдвое экономить электроэнергию.
Количество и качество конечного продукта в производственной значительно возрастает.
Комплектующие механизма меньше изнашиваются;
Общая длительность эксплуатации оборудования также возрастает.

Как итог, частотный преобразователь отвечает за эффективность и продуктивность функционирования механизмов.

Тонкости выбора частотного преобразователя

Основным значимым параметром, при выборе той или иной модели преобразователя частоты, на сегодняшний день является именно его стоимость. Это обусловлено тем, что только для дорогого устройства характерна максимальная функциональность. Но это не отменяет наличие специфических требований в зависимости от того, для механизма какой категории подбирается преобразователь, поэтому необходимо учитывать:

Разновидность и данные по мощности асинхронного электродвигателя, к которому подключается частотник;
Насколько точно и в каком диапазоне можно регулировать скорость;
Насколько точно осуществляется поддержание момента и скорости вращения на валу электрического двигателя;
Соответствие конструкции (формы, размера, пульта управления и так далее) индивидуальным требованиям.

Обязательно также обратить внимание на значение мощности асинхронного электрического двигателя, с которым будет взаимодействовать преобразователь частоты. Если один из параметров (например: величина пускового момента, затрачиваемое на разгон или торможение время) должен соответствовать каким-то особым требованиям, то нужно выбрать устройство более высокого класса, чем потенциально подходящее.

Самостоятельная сборка преобразователя

Чтобы механизм адекватно функционировал, сеть должна обладать весьма широкой вариацией значений напряжения. Это снижает риск поломки устройства при резких скачках.

Частота должна соответствовать производственным запросам. Нижний предел этого параметра позволяет ориентироваться в спектре возможностей регулирования скорости привода. В случае, если требуется расширить частотный диапазон относительно уже имеющегося, то необходимо подобрать модель частотного преобразователя, принцип работы которой относится к векторному типу.

Однако, стандартный рабочий диапазон составляет 10-60 Герц и лишь иногда доходит до 100 Герц.

Далее следует обратить внимание на входы и выходы управления. Процесс применения устройств с достаточно большим количеством разъёмов гораздо более удобен. Но и стоимость от этого возрастает, кроме того, затрудняется настройка. Подобные приборы могут быть оснащены дискретными, цифровыми или аналоговыми разъёмами.

Использование дискретного разъёма позволяет вводить управляющие команды и выводить информацию о течении процесса. Цифровой разъём обеспечивает введение сигналов, подаваемых цифровыми датчиками. Аналоговый разъём предназначен для введения сигнала обеспечивающего обратную связь.

Также следует проверять соответствие характеристик шины управления и возможностей преобразователя. В первую очередь это можно понять по соответствию числа разъёмов. По возможности их должно быть даже больше, чем требуется, чтобы имелся простор для модернизирования.

Если говорить о перегрузочных способностях, то следует предпочесть модели, которые имеют уровень мощности на 15% превышающий данные по мощности у двигателя.

В любом случае всегда нужно как следует изучать прилагающуюся к частотнику документацию. Там можно найти все требуемые сведения о параметрах и характеристиках.

Схема сборки

Следующая последовательность подойдёт для проводки, функционирующей с уровнем напряжения в 220 вольт и на одной фазе. Схема рассчитана на двигатель уровнем мощности не более 1 кВт.

В первую очередь осуществляется соединение обмоток двигателя по принципу «треугольник».

В качестве фундамента преобразователя используется пара плат. Одна из них необходима для блока питания и драйвера. Также туда будут относиться транзисторы и силовые клеммы. Другую плату применяют, чтобы закрепить микроконтроллер и индикатор. Между собой платы контактируют посредством гибкого шлейфа.

Для моделирования импульсного блока питания понадобится стандартная схема, которую можно обнаружить в сети.

Для контроля работы двигателя и напряжения не нужно влиять на ток извне. Тем не менее вполне уместно ввести в устройство линейную развязку с микросхемой.

На общем радиаторе устройства фиксируются транзисторы и диодный мост.

Обязательно потребуются оптроны ОС2-4, которые используются для дублирования кнопок управления. А с помощью ОС-1 выполняются пользовательские функции.

Однофазный преобразователь частоты не нуждается в трансформаторе. В качестве альтернативы воспользоваться токовым шунтом, который при необходимости дополняется при помощи усилителя DA-1.

При мощности до 400 ватт схема для стабильной работы двигателя не требует установки термодатчика. Уровень сетевого напряжения вполне можно контролировать усилителем DA-1-2.

Для управляющих кнопок необходима защита в виде пластиковых толкателей. Сам процесс управления построен на опторазвязке.

При применении проводов чрезмерной длины, используются помехоподавляющие кольца.

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Подключение преобразователя возможно только при соблюдении рекомендованной изготовителем комплектации устройства:

Сечения определённых типов;
Провода определённых типов;
Дополнительное оборудование.

К дополнительному оборудованию можно отнести:

Реактор ПТ;
Тормозной блок;
Фильтр (входной/выходной).

Не рекомендовано занижение номинала автоматического выключателя. Даже минимальное несоответствие может привести к хаотичному размыканию цепи, что зачастую сводит ситуацию к тому, что звено постоянного тока выходит из строя, и схема оказывается нарушена. Следует обращать внимание на то, чтобы наконечники проводов были хорошо обжаты.

Зачастую при самостоятельной установке входная и выходная клеммы оказываются перепутаны (хотя общепонятную маркировку преобразователя вполне можно увидеть). Поэтому нужно знать, схема формируется таким образом, что клеммы L1, L2, L3 используются для соединения с питающей сетью, а U, V, W — предназначаются для электродвигателя. Если не соблюсти этого правила, скорее всего придётся всё ремонтировать.

Также, поломка гарантирована, если на входы управляющего элемента осуществляется подача напряжения на 220 и 380 вольт.

Уход за преобразователем

Чтобы продлить срок службы ПЧ следует осуществлять за ним соответствующий уход:

Отслеживать оседание пыли на внутренних элементах и производить своевременную чистку устройства при помощи компрессора.
Удостоверяться в работоспособности узлов, которые используются механизме, и производить их замену, если возникает такая необходимость.
Соблюдать адекватную рабочую температуру (не более +40°С) механизма и уровень напряжения на управляющей шине.
Регулярно (не реже одного раза за 3 года) обновлять слой термопасты на силовых компонентах устройства.
По возможности соблюдать умеренный уровень влажности.

Частотник для трехфазного электродвигателя-принцип работы

Создание трёхфазного асинхронного электродвигателя пришлось на конец XIX века. С тех пор, никакие промышленные работы не являются возможными без его использования. Наиболее значимый момент в рабочем процессе — плавный пуск и торможение двигателя. Это требование в полной мере выполняется при помощи частотного преобразователя.

Существует несколько вариантов названий частотника для трёхфазного электродвигателя. В том числе, он может называться:

Инвертором;
Преобразователем частоты переменного тока;
Частотным преобразователем;
Частотно регулируемым приводом.

С помощью инвертора осуществляется регуляция вращательной скорости асинхронного электродвигателя, предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Осуществляемое при этом движение можно трансформировать в движение другого типа.

Специально разработанная схема частотного преобразователя позволяет доводить КПД двигателя до уровня в 98%.

Наиболее значимо использование преобразователя в конструкции электрического двигателя большой мощности. Частотник позволяет осуществлять изменения пусковых токов и задавать для них требуемую величину.

Принцип работы частотного преобразователя

Использование ручного управления пускового тока чревато излишними энергозатратами и уменьшением срока эксплуатации электрического двигателя. При отсутствии преобразователя также наблюдается превышение номинального значения напряжения в несколько раз. Из-за работы в таком режиме, также наблюдается негативное влияние.

Кроме того, частотный преобразователь обеспечивает плавность управления функционированием двигателя, ориентируясь на балансировку значений напряжения и частоты, и снижает энергопотребление вдвое.

Весь приведённый перечень положительных моментов возможен благодаря принципу двойного преобразования напряжения. Действует он следующим образом:

Сетевое напряжение регулируется через выпрямление и фильтрование в звене прямого тока.
Выполнение электронного управления, которое формирует определённую частоту, в соответствии с предварительно обозначенным режимом, и трёхфазное напряжение.
Происходит продуцирование прямоугольных импульсов с последующей корректировкой амплитуды при помощи обмотки статора.

Как правильно подобрать преобразователь частот

Наиболее значимо при покупке частотника — не жалеть денег. В случае с преобразователем, дешёвый всегда означает малофункциональный, а это делает покупку бесполезной.

Также следует обратить внимание на тип управления преобразователя:

Высокоточная установка величины тока.

Рабочий режим ограничен заданным выходным соотношением частоты и напряжения. Данный тип управления уместен только для бытовых приборов простейшего типа.

Далее следует обратить внимание на мощность преобразователя частоты. Тут всё просто: чем больше, тем лучше.

Питающая сеть должна обеспечивать достаточно широкий диапазон напряжений. Это снижает риск поломки при резких скачках. Чрезмерно высокое напряжение может спровоцировать взрыв конденсаторов.

Показатели частоты должны удовлетворять производственным потребностям. Их нижний порог определяет широту возможностей для управления приводной скорости. Максимальный частотный диапазон возможен только при векторном управлении.

Число входящих/выходящих управляющих разъёмов должно быть немного больше минимально необходимого. Но это, конечно, отражается на повышении цены и возникновении затруднений при установке устройства.

Наконец, требуется обратить внимание на совпадение характеристик управляющей шины и параметров частотника. Это определяется по соответствию числа разъёмов.

Важно отметить способность переносить перегрузки. Запас мощности преобразователя частоты должен на 15% превосходить мощность двигателя.

Комплектация регулируемого привода

Частотный преобразователь формируется из трёх компонентов:

Управляемый, либо неуправляемый выпрямитель, отвечающий за формирование напряжения ПТ (постоянного тока), поступающего от питания.
Фильтр (в виде конденсатора), осуществляющий дополнительное сглаживание напряжения.
Инвертор, моделирующий напряжение нужной частоты.

Самостоятельное подключение преобразователя

Перед тем, как приступать к подключению устройства следует воспользоваться обесточивающим автоматом, он обеспечит отключение всей системы в случае короткого замыкания на любой из фаз.

Существует две схемы соединения электродвигателя с частотным преобразователем:

«Треугольник».

Схема актуальна, если требуется управлять однофазным приводом. Уровень мощности преобразователя в схеме при этом составляет до трёх киловатт, а мощность не теряется.

«Звезда».

Способ, подходящий для подключения клемм трёхфазных частотников, питаемых промышленными трёхфазными сетями.

На рисунке схема подключения частотника 8400 Vector

Для ограничения пускового тока и снижения пускового момента при запуске электрического двигателя по мощности превосходящего 5 кВт, применяется переключение «звезда-треугольник».

Когда на статор пускается напряжение, то фигурирует подключение устройства по типу «звезда». Как только значение скорости двигателя начинает соответствовать номинальному, поступление питания осуществляется по схеме «треугольник». Но этот приём используется, только когда технические возможности позволяют подключаться по двум схемам.

В объединённой схеме «звезды» и «треугольника» наблюдаются резкие скачки токов. При переходе на второй тип подключения показания по вращательной скорости значительно уменьшаются. Для восстановления прежнего режима работы и частоты оборотов следует осуществить увеличение силы тока.

Наиболее активно применяются частотники в конструкции электрического двигателя с уровнем мощности 0,4 — 7,5 кВт.

Сборка преобразователя частот своими руками

Одновременно с промышленным производством частотных преобразователей, остаётся актуальной сборка подобного устройства своими руками. Особенно этому способствует относительная простота процесса. В результате работы инвертора производится преобразование одной фазы в три.

Применение в бытовых условиях электрических двигателей, имеющих в комплектации подобное устройство, не вызывает никаких дополнительных затруднений. Поэтому можно смело браться за дело.

На рисунке структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока.

Схемы частотного преобразователя, используемые при сборке, состоят из выпрямительного блока, фильтрующих элементов (отвечающих за отсечение переменной составляющей тока и конструируемых из IGBT-транзисторов). По стоимости покупка отдельных компонентов преобразователя и выполнение сборки своими руками обходится дешевле, чем приобретение готового устройства.

Применять самосборные частотные преобразователи можно в электродвигателях имеющих мощность 0,1 — 0,75 кВт.

В то же время, современные заводские частотники имеют расширенную функциональность, усовершенствованные алгоритмы и улучшенный контроль безопасности рабочего процесса ввиду того, что при их производстве используются микроконтроллеры.

Сферы применения преобразователей:

Машиностроение;
Текстильная промышленность;
Топливно-энергетические комплексы;
Скважинные и канализационные насосы;
Автоматизация управления технологическим процессом.

Стоимость электродвигателей находится в прямой зависимости от того, есть ли в его комплектации преобразователей.

Самодельный частотный преобразователь 220-380V собственной сборки

Watch this video on YouTube

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

Главной технологической задачей является повышение скорости любого производственного процесса.

Сначала в промышленности для форсирования использовались коробки передач, редукторы, вариаторы. Однако эти механизмы не обеспечивали плавный пуск оборудования и требуемое убыстрение. Используя электромашины постоянного тока, которые уже позволяли гибко регулировать вращение. Но они имели недостатки: высокая стоимость и эксплуатационная сложность.

Потом, для передачи движения большинству механизмов и машин начали применять асинхронные двигатели. Простые по конструкции, надёжные в управлении и низкой стоимости. Это определило их преимущество в электрорегулируемых приводах.

Однако, для его использования в технологических процессах необходимо было создать дополнительное устройство, позволяющее исполнять плавный пуск, остановку, то есть, управление скоростью двигателя. Эта функцию выполняет преобразователь частоты ПЧ, решающий главную задачу — регулирование скоростью привода.

Внедрение полупроводниковых материалов, использование тиристорных преобразователей началось в середине двадцатого века. Потом появились транзисторные устройства, отличающиеся надёжностью, компактностью, простыми в эксплуатации и недорогой ценой.

Их применение в конструкциях преобразователей частоты обеспечивает приводам выполнять многие технологических задач в промышленности, перерабатывающей отрасли, объектов ЖКХ, в автоматизации технологических процессов.

Состав частотника

Компоновка частотно-управляемого привода включает в себя: двигатель синхронного или асинхронного типа и преобразователя частоты ПЧ. Первые, превращают энергию в механическое движение технологического узла. А функции управления осуществляет электронное статическое устройство, которое на своём выходе формирует напряжение с варьируемой амплитудой и частотой.

Назначение

Преобразователь частоты преобразует переменное напряжение (ток) одной частоты в другую, отличающуюся от источника питания более широким диапазоном. Эти характеристики устройства регулируют вращение двигателя, выполняют плавный пуск и остановку. Они обладают электромагнитной совместимостью с источником питания от сети.

Есть два вида управления преобразователя частоты. Векторный и скалярный. Первый работает так, чтобы момент вращения двигателя был постоянен к нагрузке и не изменялся на всём диапазоне управления скоростью. Контролируется не только напряжение и частота, но и ток (момент).

Второй — более простой. Особенность работы заключается в сохранении и контроле постоянства отношения напряжения и частоты.

Характеристики, понятия, глоссарий ПЧ

Диапазон величин наладки

Его расширение позволяет гибко подстраивать устройство под требуемые цели и задачи.

Выходная частота

Это границы или линейка её изменений. Можно продемонстрировать на таком примере. Двигатель, подключённый к сети 50 Гц, показывает скорость вращения 1,5 тыс. об/мин, то при подаче 100 Гц он повысит её в два раза до 3 тыс.

Векторное управление

Метод регулировки электродвигателя, превосходящий точность простого частотного корректирования.

Области применения

Там, где необходимо поддерживать неизменную скорость при импульсной загрузке: станки, транспортёры, лифты, мельницы. А также при необходимости на малых оборотах электродвигателя поддерживать момент.

Напряжение источника питания

Некоторые модели преобразователей частоты предназначены для однофазной энергии переменного тока 200—240 вольт (2,2 кВт). Более мощные типы преобразователей обеспечиваются трёхфазным током 380—480 В. Колебание величин от номинального, стандартного напряжения составляет от — 15 + 10 процентов.

ПИД-регулятор

Прибор, работающий по алгоритму, поддерживающий величины производственного процесса в пределах, установленных датчиком. Это температура, скорость, давление. Он упрощает систему, и не требует комплектации дополнительными устройствами.Наличие сигнальных входов/выходов, аналоговых/дискретных, необходимые для связи преобразователя частоты с системой управления. Достаточное их количество упрощает соединение с другими средствами регулирования.

Юстировка скорости

Такая подгонка необходима при подключении к работающему двигателю преобразователя частоты, который, как правило, свой запуск начинает со стартовой частоты и за время разгона достигает номинального режима. Во вращающимся двигателе может произойти недопустимый рывок. Оснащённый преобразователь функцией юстировки учитывает данные машины и согласовывает с частотой, на которой она находилась в текущий момент. Это необходимо для подхвата работающего электродвигателя при отключении или смене сетевого питания.

Динамическое торможение

Этот процесс выполняется подачей постоянного тока на одну фазу электродвигателя. Взаимодействие её магнитного поля и ротора останавливает вращение быстрее, чем это можно сделать другими способами. Например, понижением напряжения (управляемый выбег) или механическим торможением.

Режим использования многих скоростей

Возможность их установки, выбирают путём подключения сигнальных входов частотного преобразователя, что соответствует значительному числу потребителей. Которым заранее определены фиксированные скорости. В производственных процессах эту функцию используют повсеместно.

Опции

В конструкцию преобразователя включены добавочные модули, расширяющие его возможности управления электроприводом.

Пример: линейка преобразователей частоты Веспер

EI-7011. Используется для общепромышленных процессов.
EI-P 7012. Устанавливается в приводах насосного оборудования.
EI-9011 векторного исполнения. Гибкий выбор требуемой скорости до 0,02% с диапазоном 1:1000.Регулируемый максимальный момент. Монтируется в производственных линиях, кранах, лифтах. В них увеличен изменяемый диапазон нагрузки начиная от запуска и до остановки.
E3—9100. Является многофункциональным, векторным преобразователем. Компактный, недорогой заменяет ПЧ марки EI-7011, 9011. Точность регулировки 0,2%. При частоте в один Гц стартовый момент достигает 150%. Применяют в подъемных кранах, транспортёрах экструдерах, насосах, вентиляторах.
EI — 7011, P 7012, 9011 в исполнении IP 54. Устанавливают во влажной среде, запылённости. Брызгозащитная конструкция предохраняет от влияния неблагоприятных внешних условий.
E2—8300. Векторный малогабаритный с логическим контроллером. Применяют в приводах с быстро меняющейся или постоянной (вентиляторной) нагрузкой. В транспортёрах, конвейерах, мельницах, компрессорах, насосах.
E3—8100. Общепромышленного назначения. Используется в маломощных приводах. Компактный, небольшие габариты.
E2 — mini Корпус IP 20. Оборудован пультом управления, фильтром для уменьшения электромагнитных помех и рядом других функций. Применяется в регулировании вентиляторов, швейных машин, насосов, транспортёров.
E2 — mini выполненный IP 65 Повышенная защита. Герметическая конструкция ограждает от попадания воды, пыли. Естественная система охлаждения. На лицевой панели расположены дополнительные ручки управления. Применяется в металлургической, химической, пищевой и перерабатывающей отрасли.

Устройство плавного запуска Софт-стартер Отличается снижением на машину и источник питания предельных колебаний нагрузок. Исключено повреждение ходовых узлов, продлевающих сроки службы оборудования.

Преимущества частотного преобразователя

Расширенный диапазон регулировки оборотов.
Удержание необходимой скорости с минимальными отклонениями от номинальной.
Пуск и остановка привода без перегрузок.
Управляемый момент вращения двигателя.
Вероятность дистанционного регулирования.
Доступ подключения с другим контроллером.
Простота монтажа электропривода с АСУ.
Понижение шума работающих двигателей.
Исключение пиковой нагрузки на электросеть.
Защита двигателя от короткого замыкания при скачках напряжения.
Эффективность применения преобразователя частоты как фактор оптимизации затрат
Экономия энергоресурсов за счёт исключения непроизводительных потерь может составить до 50%. В системе теплоснабжения она достигает 10%. Водопотребление снижается на 20 процентов.
Ограничение пусковых токов, исключение, динамических нагрузок повышает эксплуатационный срок оборудования.
Снижение себестоимости продукта изготовителя за счёт внедрения энергосберегающей технологии.
Уменьшение вероятности аварийных обстоятельств.

Полезно знать покупателю

С особенностями выбора можно ознакомиться в поставщика. Там же квалифицированно обсуждают специальные требования заказчика в том числе:

Предпродажная оценка состояния объекта покупателя, обеспечивающая правильный подбор преобразователя частоты. В него входит уточнение технических условий для внедрения решения. Выявление рисков и их минимизации. Составление оптимальной схемы монтажа оборудования в производственный процесс.

Выделение отдельного консультанта, обеспечивающего сотрудничество с продавцом начиная с подбора преобразователя частоты, оформление заказа, до отгрузки со склада на площадку монтажа. Он поможет решить вопрос по обслуживанию и в дальнейшем устранять возникающие проблемы эксплуатации.

Замена ПЧ устаревшего образца или импортного производства.

Компания может оказать услугу по передаче персоналу покупателя навыков и опыт использования частотных преобразователей.

Как работает частотник? Принцип работы преобразователя.

Частотник служит для изменения характеристик энергии, поступающей от электросети к производственному оборудованию. Речь идёт о требуемом выборе частоты тока, вида напряжения. Технические возможности изменения этих понятий лежат в определённом диапазоне. Их показатели могут отличаться и быть выше данных, получаемых от первичного энергоисточника, так и гораздо ниже его.

Состав, конструкция схема

Оборудование преобразования частоты (ПЧ) компонуют из двух секций. Первая — с управляющими функциями, состоит из микропроцессоров. Их задача: регулировать коммутацию ключей, контролировать работу, выполнять диагностику и защиту. Вторая — силовая секция. Её комплектуют на транзисторах (тиристорах), выполняющих функцию переключателей.

Характеристика

Большинство распространённых электрорегулируемых приводов используют преобразователей частоты ПЧ двух классов. Основными признаками их разделения являются структурное отличие и принцип работы силовой части устройства. Свои функции ПЧ выполняет с промежуточным узлом, действующим с постоянным током, или осуществляется прямая связь с источником.

Положительной особенностью является высокая эффективность. Отдача достигает 98,5% и более. Используется для управления мощными высоковольтными приводами. Частотник значится относительно дешёвым, несмотря на дополнительную комплектацию схем регулирования. Эффективный способ его применения оценивают, рассматривая класс, преимущества или недостатки. Сначала использовались преобразователи с прямым, непосредственным подсоединением к сети. (рисунок 1).

То есть, источник питания подключается к статорным обмоткам двигателя через открытые вентили. Конструкция силовой части состояла из выпрямителей, выполненных на полупроводниковых приборах — тиристорах.

Обладающих свойствами электровентиля. И системы управления (СУ). Которая, попеременно их открывая, подключала к сети обмотки электродвигателя. Напряжение поступает на тиристоры, имея трёхфазный вид синусоиды Ua, Uв, Uс. На выходе преобразователя сформировано напряжение U вых.

Это показано на одной фазе с вырезанной полосой (рисунок 1). Увеличенный, он имеет зазубренный вид, который аппроксимирует линия синего цвета. Выходная частота устройства значится в границах 0—30 Гц.
Этот короткий диапазон лимитирует возможность привода регулировать скорость асинхронного электродвигателя. Такое подключение на практике даёт результат один к десяти. Хотя технологические процессы диктуют значительного увеличения этого соотношения.

Применение неуправляемых тиристоров считается недостатком конструкции, так как их использование требует усовершенствовать систему регулирования. Она становится более сложной. Кроме того, «зазубренная» форма напряжения на выходе (рис. 2), приводит к появлению высших гармоник. Их наличие сопровождается дополнительными потерями. Которые наблюдаются, в увеличении перегрева электродвигателя, уменьшение крутящего усилия (момент) на валу и появление помех в сети. Поэтому дополнительный монтаж деталей и узлов для устранения этих недостатков, повышает стоимость устройства. Увеличивают его габариты, вес и уменьшают эффективность привода.

В настоящее время преобразователи с прямой (непосредственной) связью не применяют. Сейчас в системах дополнительно включён узел с функцией постоянного тока. При этом задействовано удвоенное трансформирование электроэнергии. Напряжение на входе, с неизменной амплитудой, частотой и формой синусоиды, поступает на клеммы выпрямительного блока (B). Дальше проходит фильтр (Ф), уменьшающий пульсацию высших гармоник. Назначение (И) инвертора — преобразовать постоянное напряжение в переменное варьируемой частоты и амплитуды. При этом используются отдельные внутренние блоки.
Функции электронных ключей, в составе инверторов, выполняют запираемые GTO тиристоры. Или заменяемые его типы: GCT, IGCT, SGCT, а также трёхэлектродным полупроводниковым элементом с изолированным затвором IGBT.

Преимуществом частотника на тиристорах обоих классов является возможность использовать их при повышенных показателях напряжения и тока. Они выдерживают длительную работу, электроимпульсные скачки. Устойчивое функционирование преобразователи частоты поддерживают в широком диапазоне мощностей. С вилкой от сотни кВт до десятка мВт. На выходе ПЧ напряжение составляет от 3 до 10 кв. Однако, сравнивая цену по отношению к мощности, она остаётся завышенной.

Устройства регулируемого привода, в состав которого входили запираемые тиристоры, занимали преобладающее место. Но, потом их сменил транзистор IGBT с изолированным затвором.
Применение тиристора усложняет средство управления. Являясь полупроводниковым элементом, он подключается подачей импульса на регулируемый контакт, достаточно сменить полярность напряжение или понизить величину тока близкую к нулю. Сложность процесса и дополнительные элементы делают систему регулировки более громоздкой.

Транзисторы IGBT отличаются простым способом управления с незначительной затратой расхода энергии. Большой рабочий диапазон частот расширяет границы выбора оборотов электромотора и увеличивает скоростную характеристику. Совместное действие транзистора с микропроцессорным управлением влияет на степень высших гармоник. Кроме того, отмечаются следующие особенности.

В обмотках и магнитопроводе электродвигателя уменьшаются потери.
Снижается тепло подогрев.
Минимум проявлений пульсаций момента.
Исключаются рывки ротора в зоне небольших частот.
Сокращаются потери в конденсаторах, трансформаторах, проводах тем самым увеличиваются сроки их эксплуатационной пригодности.
Приборы измерений и защиты (особенно индукционные) допускают меньшее неточностей, искажённых срабатываний.

Сравнивая ПЧ одинаковой выходной мощности с другими схемами, устройства на транзисторах IGBT отличаются надёжностью, меньшими габаритами, массой. Достигается это за счёт модульной конструкции аппаратных средств. Минимальным набора элементов, составляющих устройство. Защитой от резких колебаний тока и напряжения. Снижением количества отказов и остановок электропривода. Лучшим теплоотводом

Высокая цена низковольтных преобразователей (IGBT) на единицу выходной мощности объясняется трудностью изготовления транзисторных модулей. Рассматривая цену и качество, они предпочтительнее тиристорных. И также надо учитывать постоянную динамику сокращения стоимости производства устройств. Тенденцию к её снижению.

Затруднение в применении высоковольтного привода с прямым изменением частоты является ограничение по мощности свыше двух мВт. Так как увеличение напряжения и рабочего тока укрупняют габариты транзисторного модуля, необходим более высокоэффективный теплоотвод от полупроводника. И как выход, до появления новейших биполярных элементов, модули в преобразователях соединяют последовательно по несколько штук.

Низковольтный ПЧ на IGB транзисторах. Устройство, особенности

Рисунок 3 показывает блочную схему и функции основных узлов. После каждого из них, отображены линии выходных параметров электроэнергии. Подаваемая энергия (Uвх.), в форме синусоиды, неизменной амплитуды, частоты. Дальше — узел постоянного тока, состоящий из неуправляемого или регулируемого выпрямителя 1. Емкостного фильтра 2, с функциями сглаживания пульсации (U выпр.). Потом, сигнал Ud поступает на независимый, автономный инвертор 3, работающий с нагрузкой, которая потребляет ту же частоту.

Он преобразует одно или 3-фазный ток постоянной величины в переменный, имеет приемлемый уровень гармоник, добавленных к выходному напряжению. Собранный на полностью регулируемых полупроводниковых приборах IGBT. Сигналы СУ подсоединяют обмотку электродвигателя к соответствующим полюсам, используя силовые транзисторы. Подключение происходит в период импульсов, моделируемых по синусоиде амплитудой и частотой. Управляемые выпрямители (1) регулируют величину Ud. Функцию сглаживания выполняет электрофильтр (4).

Вывод

В результате работы частотника получают переменное напряжение с варьируемыми показателями. Подавая энергию с такими параметрами на обмотки электродвигателя, выбирают требуемую скорость вращения вала. Статические ПЧ являются наиболее применяемыми в регулировке исполнительных механизмов. Установка управляемого электропривода экономически обоснована в энергосберегающих технологиях.

Определение размеров двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины

Правильный размер двигателей и преобразователей

Производители электродвигателей и преобразователей частоты разработали различные методы для быстрого выбора размеров двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины. Та же самая основная процедура используется большинством прикладных инженеров.

Sizing the motor and frequency converter for a particular machine load

Определение размеров двигателя и преобразователя частоты для конкретной нагрузки машины (фото предоставлено: focusondrives.ком)

В наши дни выбор приложений обычно осуществляется на основе программного обеспечения для ПК. Однако инженерам важно четко понимать процедуру выбора.

Одна из лучших процедур использует простую номограмму на основе кривых предела нагрузки для базового выбора размера двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы убедиться, что выбрана оптимальная комбинация двигателя и преобразователя.

4 принципа отбора

Рекомендуются пять следующих принципов отбора:

Принцип выбора 1 //

Сначала необходимо выбрать тип и размер двигателя. Число полюсов (базовая скорость) должно быть выбрано таким образом, чтобы двигатель работал как можно быстрее на скорости, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.

Это желательно, потому что:

Тепловая мощность двигателя улучшается на при f ≥ 50 Гц благодаря более эффективному охлаждению на более высоких скоростях.
Коммутационные потери преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
Для нагрузки постоянного крутящего момента больший диапазон скорости получается, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля на максимальной скорости.Это означает, что наиболее эффективно используется способность крутящего момента / скорости привода с регулируемой скоростью. Типичные кривые крутящего момента и мощности при применении постоянной мощности / крутящего момента

Это может означать экономию в виде меньшего двигателя и преобразователя .
Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут генерировать выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением очень специальных (и необычных) применений.Конструкция стандартных двигателей с сепаратором и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.
Максимальная скорость, с которой может работать стандартный короткозамкнутый двигатель, всегда должна проверяться производителем, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / м) двигателей мощностью более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также существенно увеличивается при увеличении скорости двигателя.
Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателем , показано на рисунке 1.Это иллюстрирует более высокий крутящий момент 6-полюсной машины.

Comparison of the thermal capacity limit curves for two 90 kW TEFC squirrel cage motors

Рисунок 1 — Сравнение предельных кривых теплоемкости для двух короткозамкнутых электродвигателей TEFC мощностью 90 кВт

90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)
90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)

Принцип выбора 2 //

Выбор двигателя увеличенного размера просто для «безопасной» безопасности обычно не рекомендуется , поскольку это означает, что преобразователь частоты слишком большого размера также должен быть выбран.Преобразователи частоты, особенно типа ШИМ, рассчитаны на самое высокое значение пикового тока, которое является суммой основных и гармонических токов в двигателе.

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Во избежание того, что этот пиковый ток превысит проектный предел, никогда не следует использовать преобразователь с двигателем, размер которого больше указанного для него . Даже когда двигатель большего размера слегка нагружен, его пики гармонического тока высоки.

Принцип выбора 3 //

После того, как двигатель был выбран, достаточно просто выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя .Они обычно оцениваются в единицах тока (не кВт) в зависимости от конкретного напряжения. Это следует использовать только в качестве ориентира, поскольку преобразователи всегда следует выбирать исходя из максимального продолжительного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основано на стандартных значениях мощности двигателя IEC (кВт), у двигателей разных производителей значения тока немного отличаются.

Преобразователи частоты Danfoss (фото любезно предоставлено: schulz.st)

Принцип выбора 4 //

Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен быть подключен привод с регулируемой скоростью.

В большинстве стран, использующих стандарты МЭК, стандартное напряжение питания составляет 380 В ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где размер привода очень велик, часто экономно использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения: 500 В и 660 В .

В последние годы преобразователи переменного тока производятся для использования при напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты предназначены для выработки того же выходного напряжения, что и напряжение питания, поэтому для двигателя и преобразователя должно быть указано одинаковое базовое напряжение.

Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко указана , поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

. ,

фактов, которые стоит знать о преобразователях частоты

Danfoss guide

фактов, которые следует знать о преобразователях частоты, дает простое введение в работу и сборку преобразователя частоты и подключенных к нему двигателей переменного тока.

Facts Worth Knowing About Frequency Converters

фактов, которые стоит знать о преобразователях частоты (на фото: Danfoss VSD)

Основные элементы описаны в четырех основных разделах:

AC Motors
Преобразователи частоты
Преобразователи частоты и двигатели
Защита и безопасность при использовании частотных преобразователей

ГЛАВА 0: Введение

Преимущества бесступенчатого регулирования скорости
Контроль или регулирование?

ГЛАВА 1: 3-фазные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели
Статор
Магнитное поле
Ротор
Скольжение, крутящий момент и скорость
КПД и потери
Магнитное поле
Эквивалентная принципиальная схема
Изменение скорости
Изменение количества полюсов
Контроль скольжения
Регулировка частоты
Данные двигателя
Типы грузов
Синхронные двигатели
Реле сопротивления двигателей

См. Другие главы

ГЛАВА 2: Преобразователи частоты

Выпрямитель
Неуправляемые выпрямители
Управляемые выпрямители
Промежуточный контур
Инвертор
Транзисторы
Амплитудно-импульсная модуляция (РАМ)
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Шин-контролируемый ШИМ
Синхронный ШИМ
Асинхронный ШИМ
Схема управления
Принцип управления Danfoss
Принцип управления ВВЦ
Принцип управления VVCplus
Полевое (векторное) управление
V / f характеристика и вектор управления потоком
VVCplus компенсация скольжения
Автоматическая адаптация двигателя (AMA)
Автоматическая оптимизация энергии (AEO)
Работает на пределе тока
Защитные функции
Микрочип в целом
Компьютеры для преобразователей частоты
Связь
Последовательная связь
Независимая от производителя связь

ГЛАВА 3: Преобразователи частоты и двигатели

Условия эксплуатации мотора
компенсации
Параметры компенсации в зависимости от нагрузки и нагрузки
Компенсация скольжения
Крутящий момент двигателя
Предел тока
Требования к современным цифровым преобразователям частоты
Определение размеров преобразователя частоты
Характеристики нагрузки
Распределение тока в преобразователе частоты (cos j двигателя)
Динамическое торможение
Реверс
рампы
Мониторинг
Нагрузка двигателя и обогрев двигателя
Эффективность

ГЛАВА 4: Защита и безопасность

Дополнительная защита
Сброс на ноль (система TN)
Заземление (система TT)
Защитное реле
Электромагнитная совместимость
Базовый стандарт
Общий стандарт
Стандарт продукта
Разгон интерференции
Муфта
Проводной разгон
Помехи от сети питания
Переходные процессы / перенапряжение
Радиочастотные помехи
экранированные / бронированные кабели
Единицы компенсации коэффициента мощности
Выбор преобразователя частоты для частотно-регулируемых приводов

ПРИЛОЖЕНИЕ I: ОБЩАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Прямолинейное движение
Вращательное движение
Работа и власть

ПРИЛОЖЕНИЕ II: ОБЩАЯ ТЕОРИЯ АК

Коэффициент мощности
3-фазный переменный ток
Звездное или треугольное соединение

Контроль или регулирование?

Многие люди используют термины , регулирующие и регулирующие , взаимозаменяемо.Тем не менее, они имеют точные определения — в основном в результате разработок в области автоматизации.

Термины «контроль» и «регулирование» зависят от типа завода . При «регулировании скорости» на двигатель подается сигнал, который, как ожидается, даст необходимую скорость. При регулировании скорости сигнал обратной связи подается от процесса.

Если скорость не соответствует требованиям, сигнал к двигателю регулируется автоматически до тех пор, пока скорость двигателя не станет такой, какой должна быть.

Danfoss – Facts Worth Knowing About Frequency Converters

Danfoss — факты, которые стоит знать о преобразователях частоты

Связанные материалы EEP со спонсорскими ссылками

Выбор подходящего преобразователя частоты и двигателя для 3 применений

Параметры для рассмотрения

Производители преобразователей частоты обычно имеют определенные таблиц выбора , где указаны типичные значения мощности двигателя для каждого размера преобразователя.

Расчетный ток также может быть рассчитан, когда известны характеристики крутящего момента. Соответствующие значения тока можно рассчитать по профилю крутящего момента и сравнить с пределами тока преобразователя. Номинальный ток двигателя дает некоторую индикацию.

Однако это не всегда наилучший из возможных критериев расчета размеров , поскольку, например, двигатели могут быть снижены до (температура окружающей среды, опасная зона и т. Д.).).

Доступное напряжение питания необходимо проверить перед выбором преобразователя частоты. Изменения напряжения питания влияют на доступную мощность на валу двигателя. Если напряжение питания ниже номинального, точка ослабления поля смещается на более низкую частоту и доступный максимальный крутящий момент двигателя уменьшается в диапазоне ослабления поля.

Максимальный доступный крутящий момент часто ограничивается преобразователем частоты. Это необходимо учитывать уже на этапе выбора двигателя .Преобразователь частоты может ограничить крутящий момент двигателя раньше, чем указано в техническом описании производителя двигателя.

Максимальный доступный крутящий момент также зависит от трансформаторов, реакторов, кабелей и т. Д. в системе, поскольку они вызывают падение напряжения и, следовательно, максимально доступный крутящий момент может падать. Потери мощности в системе должны компенсироваться также номинальным преобразователем частоты.

3 приложения для преобразователя частоты и двигателя

Применение насоса и вентилятора
Приложение постоянного крутящего момента
Постоянная мощность приложения

1.Применение насоса и вентилятора

Некоторые этапы определения размеров насоса и вентилятора:

Проверьте диапазон скорости и рассчитайте мощность с максимальной скоростью.
Проверьте начальный момент затяжки.
Выберите номер полюса двигателя. Наиболее экономичная рабочая частота часто находится в диапазоне ослабления поля.
Выберите мощность двигателя, чтобы мощность была доступна на максимальной скорости. Помните о термической нагрузке.
Выберите преобразователь частоты.Используйте рейтинг насоса и вентилятора. Если номинальные характеристики насоса и вентилятора недоступны, выберите преобразователь частоты в соответствии с профилем тока двигателя.

Пример //

Насос имеет нагрузку 150 кВт при скорости 2000 об / мин . Нет необходимости в пусковом моменте.

Раствор //

Необходимый крутящий момент при 2000 об / мин составляет T = 9550 × 150/2000 Нм = 716 Нм . Кажется, что 2-полюсные или 4-полюсные двигатели являются альтернативными вариантами для этого применения.

Motor loadability curves in a pump and fan application. Comparison of 1) 2-pole and 2) 4-pole motors.

Рисунок 1 — Кривые нагрузки двигателя при применении насоса и вентилятора. Сравнение 1) 2-полюсных и 2) 4-полюсных двигателей.

1) Мотор р = 2

Для 2-полюсного двигателя нагрузка при 2000 об / мин в соответствии с кривой грузоподъемности составляет около 95 процентов . Номинальный крутящий момент двигателя должен быть не менее:

T _n ≥ 716 / 0,95 Нм = 754 Нм

Соответствующая номинальная мощность должна быть не менее:

P _n ≥ 754 × 3000/9550 кВт = 237 кВт

A 250 кВт (400 В, 431 A, 50 Гц, 2975 об / мин и 0.87) мотор выбран. Номинальный крутящий момент двигателя составляет:
T _n = 250 × 9550/2975 Нм = 803 кВт

Ток двигателя при скорости 2000 об / мин (постоянный диапазон потока) составляет приблизительно:
i _м = (T _{нагрузка} / T _n) × I _n = (716 / 803) × 431 = 384 A

Минимальный длительный ток для преобразователя частоты составляет 384 А.

2) Мотор р = 4

Для 4-полюсного двигателя нагрузка при 2000 об / мин составляет 75 процентов . Минимальный номинальный крутящий момент двигателя составляет:

T _n ≥ 716 / 0,75 Нм = 955 Нм

Минимальная мощность для 4-полюсного двигателя: P _n ≥ 955 × 1500/9550 кВт = 150 кВт

Двигатель мощностью 160 кВт (400 В, 305 А, 50 Гц, 1480 об / мин и 0,81) соответствует условиям.Примерный ток при скорости 2000 об / мин (66,7 Гц) составляет:

i _м = (T _{нагрузка} / Tn) × (н / н _n) × I _n = (P _{нагрузка} / P _n) × I _n = 150/160 × 305 A = 286 A

Точный ток следует рассчитывать, если номинальный ток выбранного преобразователя частоты близок к приблизительному току двигателя. Для 4-полюсного двигателя требуется меньший ток в рабочей точке насоса.Таким образом, это, вероятно, более экономичный выбор, чем 2-полюсный двигатель.

Вернуться к содержанию ↑

2. Приложение постоянного крутящего момента

Некоторые этапы определения параметров приложения постоянного крутящего момента:

Проверьте диапазон скоростей.
Проверьте необходимый постоянный крутящий момент.
Проверьте возможные ускорения. Если необходимы ускорения, проверьте моменты инерции.
Проверьте возможный начальный требуемый крутящий момент.
Выберите двигатель так, чтобы крутящий момент был ниже кривой тепловой нагрузки (раздельная / самовентиляция?). Обычно номинальная скорость двигателя находится в середине используемого диапазона скоростей.
Выберите подходящий преобразователь частоты в соответствии с расчетным током.

Пример //

Экструдер имеет диапазон скоростей , 300-1200 об / мин, . Нагрузка при 1200 об / мин составляет 48 кВт . Начальный крутящий момент составляет 200 Нм .Время разгона с нулевой скорости до об / мин 1200 составляет 10 секунд .

Двигатель самовентилируется, а номинальное напряжение составляет 400 В .

Раствор //

Требуемое значение постоянного крутящего момента: Подходящим двигателем является 4-полюсный или 6-полюсный двигатель .

T = 9550 × 48/1200 Нм = 382 Нм

Motor loadability curves in a constant torque application. comparison of 1) 4-pole and 2) 6-pole motors.

Рисунок 2 — Кривые нагрузки двигателя при приложении постоянного крутящего момента.сравнение 1) 4-полюсных и 2) 6-полюсных двигателей.

1) Мотор р = 4

При скорости 300 об / мин тепловая нагрузка составляет 80 процентов . Расчетный минимальный номинальный крутящий момент составляет:

T _n ≥ 382 / 0,8 Нм = 478 Нм

Минимальная номинальная мощность двигателя: P _n ≥ 478 × 1500/9550 кВт = 75 кВт

Подходящим двигателем является, например, 75 кВт (400 В, 146 А, 50 Гц, 1473 об / мин и 0.82) Мотор . Номинальный крутящий момент двигателя:
T _n = 75 × 9550/1473 Нм = 486 кВт

Ток двигателя приблизительно (T / Tn ≈ 0,8):
i _м = (нагрузка T / T _n) × I _n = (382/486) × 146 = 115 A

В соответствии с рассчитанным током двигателя можно выбрать подходящий преобразователь частоты для использования постоянного крутящего момента.Начальный крутящий момент (200 Нм) не является проблемой для этого двигателя. Если момент инерции двигателя составляет 0,72 кгм ², динамический момент ускорения составляет:

Т _дин = (2π / 60) × (1200/10) × 0,72 Нм = 9 Нм

Таким образом, общий крутящий момент при ускорении составляет 391 Нм, что меньше номинального крутящего момента двигателя .

2) Мотор р = 6

При скоростях 300 об / мин и 1200 об / мин нагрузка двигателя составляет 84 процента .Таким образом, минимальный номинальный крутящий момент 6-полюсного двигателя составляет:

T _n ≥ 382 / 0,84 Нм = 455 Нм

Минимальное значение номинальной мощности двигателя:

P _n ≥ 455 × 1000/9550 кВт = 48 кВт

Подходящим двигателем может быть, например, двигатель 55 кВт (400 В, 110 А, 50 Гц, 984 об / мин и 0,82). Номинальный крутящий момент двигателя:
T _n = 55 × 9550/984 Нм = 534 кВт

Ток определения параметров может быть аппроксимирован на скорости 1200 об / мин:
i _м = (T _{нагрузка} / T _n) × (n / n _n) × I _n = (P _{нагрузка} / P _n) × I _n = (48/55) × 110 A = 96 A

Номинальный (непрерывный) ток преобразователя частоты должен быть через 96 A .Начальный крутящий момент меньше номинального крутящего момента двигателя. Если инерция двигателя составляет 1,2 кгм ² , то динамический момент ускорения составляет:

Т _дин = (2π / 60) × (1200/10) × 1,2 Нм = 15 Нм

Общий крутящий момент, необходимый во время ускорения, составляет 397 Нм , что меньше номинального крутящего момента двигателя. Ток 6-полюсного двигателя на 19 A на меньше, чем у 4-полюсного двигателя. Окончательный выбор преобразователя частоты / двигателя зависит от размеров и цены корпуса двигателя и преобразователя частоты.

Вернуться к содержанию ↑

3. Приложение постоянной мощности

Некоторые этапы расчета постоянной мощности:

Проверьте диапазон скоростей.
Рассчитайте необходимую мощность. Намотки — это типичные приложения постоянной мощности.
Определите размеры двигателя таким образом, чтобы использовался диапазон ослабления поля.

Пример //

Устройство волочения проволоки управляется преобразователем частоты.Поверхностная скорость барабана составляет 12 м / с , а натяжение составляет 5700 Н . Диаметры барабана составляют 630 мм (пустой барабан) и 1250 (полный барабан) . Существует шестерня с передаточным отношением n ₂: n ₁ = 1: 7.12 , а КПД шестерни составляет 0,98 .

Выберите подходящий двигатель и преобразователь для этого применения.

Раствор //

Основная идея моталки заключается в том, чтобы поддерживать постоянную скорость поверхности и натяжение при изменении диаметра.

Рисунок 3 — Принципиальная схема моталки

В прямолинейном движении мощность: P = Fv
Во вращательном движении мощность: P = Tω

Соотношение между поверхностной скоростью и угловой скоростью:

В [м / с] = ( ω × r = 2π × n [об / мин] × r) / 60
n [об / мин] = 60 × v / 2π × r

Крутящий момент — это произведение силы и радиуса: T = Fr

С помощью приведенных выше формул можно выбрать двигатель:

P = 5700 Н × 12 м / с = 68.4 кВт
Т ₁ = 5700 Н × 0,63 / 2 м = 1796 Нм
n ₁ = 12 × 60 / π × 0,63 об / мин = 363,8 об / мин
Т ₂ = 5700 Н × 1,25 / 2 м = 3563 Нм
n ₂ = 12 × 60 / π × 1,25 об / мин = 183,3 об / мин

Перед выбором двигателя необходимо учитывать передачу. Скорости, крутящие моменты и мощность должны быть уменьшены:

P = P / η _{, редуктор} = 68.4 / 0,98 кВт = 69,8 кВт
Т ₁ = (1796 / 0,98) × (1 / 7,12) Нм = 275 Нм
n ₁ = 363,8 × 7,12 об / мин = 2590 об / мин
Т ₂ = (3563 / 0,98) × (1 / 7,12) Нм = 1305 Нм

2) Мотор р = 2

Если выбран 2-полюсный двигатель, нагрузочная способность при скорости 1305 об / мин составляет около , 88 процентов и 97 процентов при 2590 об / мин .Минимальная номинальная мощность двигателя:

P _n ≥ (511 × 3000) / (0,88 × 9550) кВт = 182 кВт

Двигатель 200 кВт (400 В, 353 А, 50 Гц, 2975 об / мин и 0,86) выбран. Номинальный крутящий момент двигателя:
T _n = 200 × 9550/2975 Нм = 642 Нм

Расчетный ток рассчитывается в соответствии с крутящим моментом 511 Нм :
i _м = (T _{нагрузка} / T _n) × I _n = (511/642) × 353 A = 281 A

2) Мотор р = 4

Если выбран 4-полюсный двигатель, из кривой нагрузочной способности видно, что нагрузочная способность при скорости 1305 об / мин составляет около 98 процентов и около 60 процентов при 2590 об / мин .Минимальная номинальная мощность двигателя:

P _n ≥ (511 × 1500) / (0,98 × 955) кВт = 82 кВт

90 кВт (400 В, 172 А, 50 Гц, 1473 об / мин и 0,83) выбрано . Номинальный крутящий момент двигателя:
T _n = 90 × 9550/1473 Нм = 584 кВт

В этом случае измерение производится в соответствии с током двигателя при 1305 об / мин . Ток двигателя:
i _м = (T / T _n) × I _n = (511/584) × 172 A = 151 A

В случае 2-полюсного двигателя диапазон ослабления поля (постоянной мощности) не использовался, что приводило к ненужному превышению размеров. 4-полюсный двигатель — лучший выбор для этого применения.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Определение размеров системы привода по ABB

Какой размер преобразователя частоты мне нужен?

Преобразователь частоты (FC) рейтинг

При определении номинальной частоты преобразователя частоты при данной нагрузке первым шагом является рассмотрение характеристик нагрузки . Существует четыре различных метода для расчета требуемой производительности на выходе, и выбор метода зависит от данных двигателя. Однако сначала давайте начнем с основ характеристик нагрузки двигателя.

What size of a frequency converter do I need

Какой размер преобразователя частоты мне нужен (фото предоставлено Danfoss)

Характеристики нагрузки

Прежде чем определить размер преобразователя частоты, необходимо провести различие между двумя наиболее широко используемыми характеристиками нагрузки.На рисунке 1 показаны четырех наиболее типичных нагрузок двигателя и их характеристики.

Рисунок 1 — Типичные характеристики нагрузки двигателя

Группа 1 — Машины для намотки материала под напряжением (машины для резки шпона)
Группа 2 — Конвейерные ленты, краны, насосы прямого вытеснения, а также станки
Группа 3 — Машины, такие как ролики, сглаживающие машины и другие обрабатывающие машины
Группа 4 — Машины, работающие на центробежной силе (центрифуги, центробежные насосы и вентиляторы)

Причины для разграничения характеристик нагрузки следующие //

Когда скорость центробежных насосов и вентиляторов увеличивается, потребность в мощности увеличивается на кубическую скорость (P = n ³).Обычный рабочий диапазон центробежных насосов и вентиляторов составляет от 50 до 90%. Коэффициент нагрузки увеличивается на квадрат скорости, т.е. ок. От 30 до 80% .

Рисунок 2 — Постоянный и квадратный момент нагрузки

Эти два фактора показаны в характеристиках крутящего момента двигателя, управляемого преобразователем частоты. На рис. 3 и рис. 4 показаны характеристики крутящего момента для двух разных размеров FC — один из них (рис. 4) на один диапазон мощности ниже другого.

Для обеих характеристик крутящего момента были введены одинаковые характеристики нагрузки для центробежного насоса .

На рисунке 3 общий рабочий диапазон насоса (0-100%) лежит в пределах номинальных значений двигателя. Поскольку нормальный рабочий диапазон насоса составляет 30-80% , можно выбрать преобразователь частоты с более низкой выходной мощностью.

Left: “Big” frequency converter; Right: “Smaller” frequency converter

Рисунки 3 и 4 — Слева: «Большой» преобразователь частоты; Справа: «меньший» преобразователь частоты

Если крутящий момент нагрузки постоянен, двигатель должен иметь возможность генерировать больше крутящего момента нагрузки, поскольку избыточный крутящий момент используется для ускорения.

Крутящий момент перегрузки 60% , создаваемый преобразователем частоты в течение короткого времени, достаточно для ускорения и высокого пускового крутящего момента, например, в связи с конвейерными лентами .

Крутящий момент при перегрузке также гарантирует, что система сможет справиться с резким увеличением нагрузки. Преобразователь частоты, который не допускает перегрузочный момент, должен быть выбран таким образом, чтобы момент ускорения (TB) находился в пределах номинального момента.

Overload torque is used for acceleration

Рисунок 5 — Крутящий момент перегрузки используется для ускорения

4 метода с различными наборами данных двигателя //

После определения характеристик нагрузки существует четыре разных набора данных двигателя для определения величины мощности преобразователя частоты (FC).

Метод № 1 (текущий Im)

Преобразователь частоты может быть определен быстро и точно на основе тока I _M, который двигатель принимает . Если двигатель не полностью загружен, ток двигателя может быть измерен в аналогичной системе при полной работе.

Selection of a frequency converter on the basis of rated current

Рисунок 6 — Выбор преобразователя частоты на основе номинального тока

Пример // Двигатель мощностью 3,5 кВт, 3 х 400 В, потребляет 14,73 А.

Ссылаясь на технические данные преобразователя частоты, выбирается преобразователь частоты, который имеет максимальный непрерывный выходной ток , больший или равный 14.73 A с постоянными или квадратными характеристиками крутящего момента.

Примечание // Если преобразователь частоты выбран на основе мощности (методы 2-4), важно, чтобы рассчитанная мощность и мощность, указанные в технических данных для FC, сравнивались при одном и том же напряжении.

В этом нет необходимости, если FC рассчитывается на основе тока (метод 1) , так как выходной ток FC влияет на другие данные.

Метод № 2 (полная мощность Sm)

Преобразователь частоты может быть выбран на основе полной мощности S _M , потребляемой двигателем, и полной мощности, передаваемой преобразователем частоты.

Selection of a frequency converter based on apparent power

Рисунок 7 — Выбор преобразователя частоты на основе полной мощности

Пример // Мощность двигателя 7,5 кВт, 3 × 400 В 14,73 A

Ссылаясь на технические данные преобразователя частоты, выбирается, чья максимальная длительная мощность на больше или равна 10,2 кВА при постоянных или квадратных характеристиках крутящего момента.

Метод № 3 (мощность Pm)

Преобразователь частоты также может быть выбран в соответствии с мощностью P _M, генерируемой двигателем .Однако, поскольку cos φ и эффективность η меняются в зависимости от нагрузки, этот метод является неточным.

Selection of a frequency converter according to shaft output power

Рисунок 8 — Выбор преобразователя частоты в соответствии с выходной мощностью вала

Пример // Двигатель 3 кВт с КПД и cos φ 0,80 или 0,81 работает следующим образом //

Выбран преобразователь частоты — в соответствии с техническими данными преобразователя частоты — который имеет максимальный непрерывный выходной сигнал , больший или равный 4.6 кВА при постоянных или квадратных характеристиках крутящего момента.

Метод № 4 (стандартная серия двигателей)

По практическим соображениям номинальная мощность большинства преобразователей частоты соответствует стандартной серии асинхронных двигателей . Следовательно, преобразователи частоты часто выбираются на этой основе, но это может привести к неточным размерам, в частности, если двигатель не подвергается полной нагрузке.

Selection of a frequency converter on the basis of the standard series of motors

Рисунок 9 — Выбор преобразователя частоты на основе стандартной серии двигателей

О технологии переменной скорости (ВИДЕО)

Справочник // Факты, которые стоит знать о преобразователях частоты Danfoss

Назначение и область применения преобразователей частоты

Преимущества использования преобразователей частоты:

Выделяют два этапа преобразования:

Классификация частотников

По принципу функционирования частотники делятся на классы:

В зависимости от сферы применения различают инверторы:

Устройство и назначение

Принцип действия

Выпускаемые модели

Правила подключения и настройки

Определение

Устройство

Виды частотников и сфера применения

Способы управления

Количество фаз

Схема подключения

Классификация преобразователей частоты

Особенности устройства преобразователя частоты

Принципы функционирования частотного преобразователя

Содержание двух принципов управления преобразователем частоты

Как и где следует применять частотный преобразователь

Тонкости выбора частотного преобразователя

Самостоятельная сборка преобразователя

Схема сборки

Методика подключения преобразователя частоты к двигателю

Уход за преобразователем

Принцип работы частотного преобразователя

Как правильно подобрать преобразователь частот

Комплектация регулируемого привода

Самостоятельное подключение преобразователя

Сборка преобразователя частот своими руками

Состав частотника

Назначение

Характеристики, понятия, глоссарий ПЧ

Диапазон величин наладки

Выходная частота

Векторное управление

Области применения

Напряжение источника питания

ПИД-регулятор

Юстировка скорости

Динамическое торможение

Режим использования многих скоростей

Опции

Пример: линейка преобразователей частоты Веспер

Преимущества частотного преобразователя

Рекомендуемый выбор частотного преобразователя

Полезно знать покупателю

Состав, конструкция схема

Характеристика

Низковольтный ПЧ на IGB транзисторах. Устройство, особенности

Вывод

Правильный размер двигателей и преобразователей

4 принципа отбора

Принцип выбора 1 //

Принцип выбора 2 //

Принцип выбора 3 //

Принцип выбора 4 //

Danfoss guide

ГЛАВА 0: Введение

ГЛАВА 1: 3-фазные двигатели переменного тока

См. Другие главы

ГЛАВА 2: Преобразователи частоты

ГЛАВА 3: Преобразователи частоты и двигатели

ГЛАВА 4: Защита и безопасность

ПРИЛОЖЕНИЕ I: ОБЩАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ II: ОБЩАЯ ТЕОРИЯ АК

Контроль или регулирование?

Связанные материалы EEP со спонсорскими ссылками

Рекомендации по выбору двигателя

Параметры для рассмотрения

3 приложения для преобразователя частоты и двигателя

1.Применение насоса и вентилятора

Пример //

Раствор //

1) Мотор р = 2

2) Мотор р = 4

2. Приложение постоянного крутящего момента

Пример //