Частотники для асинхронных двигателей: Частотные преобразователи Schneider Electric.

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей

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

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

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

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

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

В мир современной автоматизации технологических процессов, это весомый аргумент.

Устройство частотных преобразователей

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

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

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

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

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

В промышленном исполнении можно встретить два основных типа частотных преобразователей:

• Специальные.
• Универсальные.

Специальный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, схема которого несколько отличается от универсального, изготавливается под конкретное оборудование по конкретным потребностям. Как правило, это очень урезанные версии, не способные на работу с любым оборудованием.

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

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

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

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

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

Разница типов сигналов управления

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

Выбор мощности частотного преобразователя

Вопрос мощности частотника, скорее всего, стоит на первом плане, при расчете привода для любого станка или агрегата. Дело в том, что большинство частотных инвертеров способны выдерживать большие перегрузки до 200 – 300 %. Но, это совсем не означает, что для питания электрического двигателя можно смело покупать частотник сегментом ниже, чем требуется по планированию.

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

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

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

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

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

Электромагнитная совместимость преобразователей частоты

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

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

Частотник, частотный преобразователь1ф 220 — 3ф220 для асинхронного электродвигателя

Watch this video on YouTube

Выбираем частотный преобразователь, простыми словами о сложном.

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

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

Какие же основные параметры подбора

преобразователей частоты для асинхронного двигателя:

​

1.Номинальная мощность двигателя.

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

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

​

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

2.Частотный преобразователь для двигателя: входное напряжение

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

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

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

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

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

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

4.Частотный преобразователь для асинхронного двигателя: особенности.​

• Возможность беспроводного управления (Bluetooth)

• Вынос потенциометра.

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

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

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

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

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

Для ПЧ применяются 2 вида дросселей:

– сетевой

– моторный

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

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

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

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

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

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

Частотные преобразователи для промышленных электродвигателей, частотные регуляторы для насосов и вентиляторов

Частотные преобразователи и устройства плавного пуска для асинхронного электродвигателя это высокотехнологичное оборудование, позволяющее не только экономить электроэнергию и снижать нагрузку на оборудование и электрические сети вашего производства, а так же значительно снизить нагрузку на всю электрическую сеть нашей страны.

Наша компания относительно недавно на рынке регулируемого электропривода, но на протяжении этого времени зарекомендовала себя как надежный и качественный поставщик, о чем свидетельствуют отзывы наших партнеров, о которых есть информация на нашем сайте. Это конечно не все кто приобрел наше оборудование, по Вашему запросу мы готовы предоставить любые имеющиеся рекомендации. В производстве нашего оборудования используются комплектующие ведущих мировых производителей электронных компонентов и модулей, проверенных временем и тяжелыми условиями эксплуатации. Мы осуществляем модульную сборку своих приборов в России.

В распоряжении ООО «Лидер» имеется штат квалифицированных специалистов, а так же оборудование позволяющее тестировать преобразователи частоты и устройства плавного пуска в различных режимах, что позволяет гарантировать их надежность и работоспособность перед отгрузкой конечному потребителю. В настоящее время очень много предложений на рынке аналогичной продукции, может быть и по более привлекательной цене, но как показывает практика низкая цена, не всегда гарантирует заявленное качество оборудования и сервисного обслуживания. Мы не навязываем собственный продукт! Мы рекомендуем покупать продукцию ООО «Лидер». Конечный выбор за Вами!

Ниже представлены три линейки частотных преобразователей, каждая из которых содержит в себе весь спектр мощностей от 0,75 кВт до 630 кВт.

Серия А300 — для общепромышленной нагрузки

Общепромышленная серия преобразователей частоты подходит для оборудования с тяжелым пуском и высокой нагрузкой (станки, экструдеры, куттеры, компрессоры, конвейеры, погружные насосы и мн. др.). Преобразователь частоты с высокоточным пусковым моментом при низких скоростях (пусковой вращающий момент: 0.5Hz/150% (векторное управление), 1Hz/150% (U/f)), встроенным ПИД-регулятором (см. инструкцию по настройке), функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, съемным выносным пультом управления, повышенным перегрузочным моментом до 200%, автоматическим подъемом крутящего момента, функцией коррекции скольжения, автоматическим регулированием напряжения (AVR) и встроенным интерфейсом RS-485.

Преобразователь частоты серии А300 имеет съемный пульт управления и может использоваться удаленно, до 60 метров от частотного преобразователя по витой паре без переходников и дополнительных модулей, усилителей сигнала.

Серия В600 — для вентиляторной нагрузки (Снят с производства)

Специальная вентиляторная серия преобразователей частоты предназначена для управления электродвигателями насосов, вентиляторов, дымососов и прочего оборудования. Инвертор имеет высокоточный пусковой момент при низких скоростях, встроенный ПИД-регулятор, функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, перегрузочный момент до 180%, автоматический подъем крутящего момента, функцию коррекции скольжения, съемный выносной пульт управления, автоматическое регулирование напряжения (AVR) и встроенный интерфейс RS-485 (протокол Modbus-RTU)

В частотных преобразователях серии В600 мощностью от 18.5 кВт установлен двухстрочный пульт управления, который позволяет отслеживать два параметра одновременно.

Серия B601 — для вентиляторной нагрузки

Улучшенная серия для управления электродвигателями насосов, вентиляторов, дымососов и прочего оборудования. Инвертор имеет высокоточный пусковой момент при низких скоростях, Векторное управление, встроенный ПИД-регулятор, функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, перегрузочный момент до 160%-1с, автоматический подъем крутящего момента, функцию коррекции скольжения, несущая частота 1-16 кГц, выходная частота 0-600Гц, съемный выносной пульт управления, автоматическое регулирование напряжения (AVR) и встроенный интерфейс RS-485 (протокол Modbus-RTU)

Серия B60 mini (Снят с производства)

Серия Мини используется для регулирования приводов с асинхронным электродвигателем, предназначена для управления приводами насосов, вентиляторов, лентопротяжных машин, транспортёров миксеров и т.д — для использования в системах малой автоматизации.

Применение преобразователей частоты в подъемно-транспортном оборудовании (ПТО)

В подъемно-транспортном оборудовании (все виды кранов, тельферы, кран-балки) для перемещения устройства захвата, подъема и опускания грузов используются несколько типов электродвигателей. Это двигатели с фазным ротором, двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Рассмотрим особенности использования всех выше перечисленных двигателей в различных механизмах кранов.

В моторах с фазным ротором используется реостатный пуск. За счет наличия сопротивления в цепи ротора пусковые токи имеют небольшие значения. Разгон двигателей происходит с помощью специального реле времени. Недостатками такого типа двигателей являются отсутствие возможности плавной регулировки скорости, большие габариты, значительное тепловыделение резисторов, большое количество контактной аппаратуры, которая со временем требует обслуживания.

Двигатели постоянного тока используются в тех случаях, когда нужен плавный подъем груза и точное регулирование скорости вращения вала мотора. В этом случае скорость регулируется с помощью тиристорного преобразователя. Общие недостатки двигателя этого типа – большая масса и стоимость самого мотора, сложность конструкции, необходимость в регулярном обслуживании щеточного узла мотора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют много достоинств, в частности к ним относятся надежность в эксплуатации, простота конструкции и отсутствие необходимости регулярного обслуживания. Общим недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи, которые в 6-7 раз превышают номинальные.

Внедрение преобразователей частоты (ПЧ) для питания и управления асинхроннымидвигателями с короткозамкнутым ротором позволяет более эффективно регулировать скорость вращения электродвигателей, значительно снизить их пусковые токи и потребление электроэнергии. Эти особенности привели к постепенному вытеснению из использования двигателей постоянного тока и двигателей с фазным ротором в качестве приводов в подъемно-транспортном оборудовании и их замене на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, управляемые преобразователем частоты. Применение частотных преобразователей в механизмах кранов позволяет регулировать скорость подъема груза, перемещения самого крана или тележки в процессе работы, улучшает эксплуатационные характеристики кранов, снижает затраты и упрощает техническую эксплуатацию оборудования.

Преобразователи частоты, применяемые в крановом оборудовании, должны обеспечивать динамичную работу привода и поддерживать требуемый момент на валу двигателя даже при низких частотах вращения. Так как все электродвигатели монтируются непосредственно на конструкциях кранов, подверженных вибрациям, частотные преобразователи должны быть виброустойчивы. Кроме того, ПЧ должны иметь высокую перегрузочную способность, возможность работы в широком диапазоне температур. Всем эти требованиям соответствуют векторные преобразователи частоты ERMAN, их использования для управления приводами в подъемно-транспортном оборудовании позволяет решать следующие характерные задачи.

1. Организация простой системы управления приводами.

   Для управления преобразователем частоты используются стандартные аналоговые и дискретные сигналы, а также последовательный интерфейс RS485 с типовым протоколом информационного обмена MODBUS, используя который все ПЧ можно объединить в одну сеть.

2. Плавное увеличение, уменьшение и программируемое изменение скорости механизмов крана.

   Алгоритм разгона, торможения и программируемого изменения скорости прописывается в самих частотных преобразователях исходя из технологических требований. Это позволяет значительно снизить ударные и механические нагрузки на конструкцию крана.

3. Управление электромеханическим тормозом.

   ПЧ управляет электромеханическим тормозом двигателя и другим сопряженным оборудованием посредством дискретных и релейных выходов Преобразователи частоты ERMAN для кранового и подъемно-транспортного оборудования зарекомендовали себя самым наилучшим образом. На все частотные преобразователи ERMAN предоставляется гарантия 18 месяцев, при этом мы осуществляем сервисную и техническую поддержку наших клиентов в течение всего срока эксплуатации выпускаемой нами продукции.

Для подбора преобразователя частоты для вашего ПТО заполните форму «Получить коммерческое предложение».

Получить коммерческое предложение

Частотные преобразователи | Компания ЭЛИТА

Чтобы сделать заказ быстро, по самым низким ценам, свяжитесь с нами по указанным телефонам:

Вся Россия 8 (800) 550-00-82

Москва 8 (495) 648-78-02

Санкт-Петербург 8 (812) 334-42-04

 

 

Электронная почта: [email protected]

Частотные преобразователи

Частотный преобразователь  — устройство, которое в комплекте с  асинхронным двигателем переменного тока способно служить полноценной заменой двигателю постоянного тока. Как известно, частота вращения ротора двигателя постоянного тока достаточно просто регулируется, но сам двигатель ненадежен в эксплуатации, энергозатратен и имеет большие габариты и стоимость. Асинхронный электродвигатель, в отличие от двигателя постоянного тока, дешев, надежен, имеет небольшие размеры и может эксплуатироваться в сильно запыленной и взрывоопасной среде. При этом асинхронные двигатели имеют существенные недостатки – невозможность регулирования частоты вращения ротора и пусковой ток, в несколько раз превышающий номинальный. Известные механические схемы ликвидации этих проблем (с использованием вариаторов, редукторов, дросселей), приводят к резкому увеличению стоимости электропривода, большим потерям энергии и низкой эффективности. Поэтому чаще всего для регулирования частоты асинхронного двигателя и избавления от пусковых токов используют частотный преобразователь.

Современный частотный преобразователь двигателя высокотехнологичен, имеет невысокую стоимость, прост в эксплуатации, и, благодаря широкому модельному ряду и вариативности способов электронного управления, легко встраивается в любую технологическую схему. Кроме того, он уменьшает энергопотребление и механическую нагрузку на электродвигатель, что увеличивает срок его эксплуатации.

Частотный преобразователь двигателя имеет несколько  видов классификации.

По типу преобразования энергии он может быть  одноступенчатым и двухступенчатым.  Второй тип более распространен и включает частотные преобразователи, в которых электрическая  знергия преобразуется два раза. Вначале с помощью выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, а затем  —  инвертора, делающего обратное преобразование.

В зависимости от способа управления асинхронным двигателем, преобразователи частоты делятся на скалярные и векторные.

В преобразователе частоты со скалярным методом управления отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу поддерживается постоянным, а любое изменение частоты приводит к изменению напряжения. Преобразователь частоты такого типа имеет диапазон регулирования скорости вращения ротора 1:40 и чаще всего используется в вентиляторных, насосных системах или системах управления несколькими двигателями.

Векторный частотный преобразователь может не только увеличить диапазон регулирования скорости ротора до 1:1000, но также точность и быстродействие управления. Принцип действия такого преобразователя частоты связан с непосредственным управлением вращающим моментом асинхронного двигателя, при котором учитывается не только фаза и амплитуда статорного тока, но и его вектор.

Стандартная электрическая схема  частотного преобразователя включает выпрямитель и инвертор —  для прямого и обратного преобразования переменного тока, а также микропроцессоры и IBGT-транзисторы для широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая позволяет регулировать выходное напряжение без изменения входного. Такая схема преобразователя относится к наиболее распространенной среди компаний – производителей, так как использует новую элементную базу, позволяющую снизить цену частотного преобразователя.

К ведущим мировым производителям преобразователей частоты относятся компании Schneider Electric и Danfoss, продукция которых широко представлена в нашем прайс каталоге. Цена частотного преобразователя не превышает стоимостной предел, обычный для  приборов этого класса, и быстро окупается. Это связано, в первую очередь с высокой эффективностью частотного преобразователя и  50% экономией энергии при его использовании.

Вся предлагаемая продукция компаний  Danfoss и Schneider Electric               сертифицирована.   

Данные обновлены 11.08.21    Рублевые цены расcчитаны по курсу ЦБ +5% 1€ = 90,6757 р. 1$ = 77,276 р.

Частотный преобразователь асинхронного двигателя в промышленности

Хотя еще рано сбрасывать со счетов электропривод постоянного тока, в промышленности и бытовой сфере в практически любых технических системах используется сочетание асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Несмотря на очевидные преимущества асинхронного двигателя перед двигателем постоянного тока, его слабой стороной являлась сложность регулирования скорости вращения. В настоящее время данная проблема устранена благодаря современным частотным преобразователям.

ЧТО ТАКОЕ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОРАЗОВАТЕЛЬ

Говоря простым языком — частотный преобразователь – устройство для управления асинхронным двигателем. Возможно регулирование скорости вращения и другими методами — установкой вариатора, редуктора, муфты, но это не позволяет менять скорость в широком диапазоне, усложнят монтаж и не является энергосберегающим решением.

ЗАЧЕМ НУЖЕН ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Частотный преобразователь в случае асинхронных электродвигателей самых различных агрегатах как промышленного, так и потребительского назначения используется для оптимизации управления двигателем, приводящей в итоге к экономии электроэнергии, увеличению срока службы устройства. Использование частотных преобразователей позволяет произвести эффективную, простую и надёжную автоматизацию процесса управления оборудованием.

Основные задачи, которые решает преобразователь частоты, кроме увеличения/уменьшения скорости вращения это:

• Плавный пуск и плавный останов двигателя, что позволяет избежать высоких механических нагрузок на оборудование.
• Уменьшение затрат электроэнергии, что актуально не только для больших промышленных предприятий, но при бытовом использовании в составе насосной станции на даче, например.
• Защита от перегрузки двигателя, что продлевает срок его эксплуатации.
• Сохранение высокого крутящего момента на низких оборотах, что очень важно при тяжелом пуске (например, в составе оборудования дробилок для щебня)

И как говорилось выше, всё, что связано с управлением скоростью вращения – изменяемое или адаптивное вращение (пример: линии конвейера, где вращение может быть задано с непостоянной скоростью). Высокая точность вращения – что важно при использовании на различных обрабатывающих станках.

УСТРОЙСТВО ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Как на заре появления транзисторных радиоприёмников в народе их стали называть просто “транзисторами”, по названию основного электронного компонента этих устройств, так и название “частотный преобразователь” нельзя считать совсем точным.

На самом деле мы рассматриваем устройство, состоящее из выпрямительного модуля, преобразующего переменный ток на входе в постоянный, и модуля преобразователя частоты, преобразующего полученный на выходе выпрямительного модуля постоянный ток в переменный заданной частоты и амплитуды, возможно ШИМ-модулированный.

Само же это устройство в целом является одним из компонентов электропривода.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В зависимости от технических деталей принципа управления, частотные преобразователи условно подразделяются на “векторные” и “скалярные”. Первые отличаются в основном более стабильным поддержанием момента вращения двигателя в широком диапазоне частот (числа оборотов).

Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также тех, для которых важно поддерживать скорость вращения. Метод довольно прост, но имеет небольшой диапазон регулирования скорости и требует установки дополнительных датчиков для реализации управления по скорости и моменту.

 

Разнообразие векторных вариантов управления впечатляет, но может быть условно разделено на две группы:

• Управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей)
• Управление по вектору напряжения. Основано на том, что напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой.

Все остальные методы, по большому счету, являются их дополнением, каждый производитель совершенствует по своему усмотрению расчеты и измерения таких показателей, как индуктивность, намагниченность, вектор электромагнитного поля и т.д.

 

Собственно детали методов управления являются весьма сложными, а сами методы постоянно совершенствуются. Важным моментом при выборе частотного преобразователя является знание потенциальным потребителем минимальных требований, которые налагает объект управления (вентилятор, насос, конвейер и т.д.). Это позволит с одной стороны не переплачивать за преобразователь с ненужными свойствами, а с другой – не оказаться в ситуации, когда привод, скомпонованный из частотника и асинхронного двигателя, не обеспечивает должное функционирование объекта управления.

ВИДЫ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЛЕЙ

Помимо определения способа управления, который определяется техническими требованиями оборудования и стоимостью частотного преобразователя, необходимо знать мощность и тип подключения к двигателю, то есть количество фаз на входе и выходе.

На предприятиях используется напряжение 380В, соответственно частотник подбирается 3 фазы вход 380В, 3 фазы выход 380В. https://www.technowell.ru/catalog/innovert/trekhfaznye_INNOVERT/chastotnyy-preobrazovatel-innovert-5…

Для бытового использования, где напряжение 230В, подходит преобразователь частоты с 1 фазой вход 230, 3 фазы выход 230В. Максимально допустимая мощность таких частотников 3,7 кВт. https://www.technowell.ru/catalog/innovert/odnofaznye_INNOVERT/chastotnyy-preobrazovatel-innovert-2-…

Так же большинство производителей выпускает линейки подготовленные для специального использования, например с вентиляторами: https://www.technowell.ru/catalog/innovert/seriya-dlya-ventilyatsii/chastotnyy-preobrazovatel-innove…

Или насосами: https://www.technowell.ru/catalog/innovert/seriya-dlya-nasosov/trekhfaznye-INNOVERT-IHD/chastotnyy-p… где уже выставлены определенные настройки, характерные при использовании с данным оборудованием.

Преобразователи частоты | INSTART

Данная политика конфиденциальности относится к сайту под доменным именем instart-info.ru. Эта страница содержит сведения о том, какую информацию мы (администрация сайта) или третьи лица могут получать, когда вы пользуетесь нашим сайтом.

Данные, собираемые при посещении сайта

Персональные данные

Персональные данные при посещении сайта передаются пользователем добровольно, к ним могут относиться: имя, фамилия, отчество, номера телефонов, адреса электронной почты, адреса для доставки товаров или оказания услуг, реквизиты компании, которую представляет пользователь, должность в компании, которую представляет пользователь, аккаунты в социальных сетях; поля форм могут запрашивать и иные данные.

Эти данные собираются в целях оказания услуг или продажи товаров, связи с пользователем или иной активности пользователя на сайте, а также, чтобы отправлять пользователям информацию, которую они согласились получать.

Мы не проверяем достоверность оставляемых данных, однако не гарантируем качественного исполнения заказов или обратной связи с нами при некорректных данных.

Данные собираются имеющимися на сайте формами для заполнения (например, регистрации, оформления заказа, подписки, оставления отзыва, обратной связи и иными).

Формы, установленные на сайте, могут передавать данные как напрямую на сайт, так и на сайты сторонних организаций (скрипты сервисов сторонних организаций).

Также данные могут собираться через технологию cookies (куки) как непосредственно сайтом, так и скриптами сервисов сторонних организаций. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных можно запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.

Не персональные данные

Кроме персональных данных при посещении сайта собираются не персональные данные, их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого вы к нам пришли, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую ваш браузер предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте.

Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания клиентов, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости.

Предоставление данных третьим лицам

Мы не раскрываем личную информацию пользователей компаниям, организациям и частным лицам, не связанным с нами. Исключение составляют случаи, перечисленные ниже.

Данные пользователей в общем доступе

Персональные данные пользователя могут публиковаться в общем доступе в соответствии с функционалом сайта, например, при оставлении отзывов, может публиковаться указанное пользователем имя, такая активность на сайте является добровольной, и пользователь своими действиями дает согласие на такую публикацию.

По требованию закона

Информация может быть раскрыта в целях воспрепятствования мошенничеству или иным противоправным действиям; по требованию законодательства и в иных случаях, предусмотренных законом.

Для оказания услуг, выполнения обязательств

Пользователь соглашается с тем, что персональная информация может быть передана третьим лицам в целях оказания заказанных на сайте услуг, выполнении иных обязательств перед пользователем. К таким лицам, например, относятся курьерская служба, почтовые службы, службы грузоперевозок и иные.

Сервисам сторонних организаций, установленным на сайте

На сайте могут быть установлены формы, собирающие персональную информацию других организаций, в этом случае сбор, хранение и защита персональной информации пользователя осуществляется сторонними организациями в соответствии с их политикой конфиденциальности.

Сбор, хранение и защита полученной от сторонней организации информации осуществляется в соответствии с настоящей политикой конфиденциальности.

Как мы защищаем вашу информацию

Мы принимаем соответствующие меры безопасности по сбору, хранению и обработке собранных данных для защиты их от несанкционированного доступа, изменения, раскрытия или уничтожения, ограничиваем нашим сотрудникам, подрядчикам и агентам доступ к персональным данным, постоянно совершенствуем способы сбора, хранения и обработки данных, включая физические меры безопасности, для противодействия несанкционированному доступу к нашим системам.

Ваше согласие с этими условиями

Используя этот сайт, вы выражаете свое согласие с этой политикой конфиденциальности. Если вы не согласны с этой политикой, пожалуйста, не используйте наш сайт. Ваше дальнейшее использование сайта после внесения изменений в настоящую политику будет рассматриваться как ваше согласие с этими изменениями.

Отказ от ответственности

Политика конфиденциальности не распространяется ни на какие другие сайты и не применима к веб-сайтам третьих лиц, которые могут содержать упоминание о нашем сайте и с которых могут делаться ссылки на сайт, а также ссылки с этого сайта на другие сайты сети Интернет. Мы не несем ответственности за действия других веб-сайтов.

Изменения в политике конфиденциальности

Мы имеем право по своему усмотрению обновлять данную политику конфиденциальности в любое время. В этом случае мы опубликуем уведомление на главной странице нашего сайта. Мы рекомендуем пользователям регулярно проверять эту страницу для того, чтобы быть в курсе любых изменений о том, как мы защищаем информацию пользователях, которую мы собираем. Используя сайт, вы соглашаетесь с принятием на себя ответственности за периодическое ознакомление с политикой конфиденциальности и изменениями в ней.

Как с нами связаться

Если у вас есть какие-либо вопросы о политике конфиденциальности, использованию сайта или иным вопросам, связанным с сайтом, свяжитесь с нами:

8 800 222 00 21

[email protected]

Какие типы двигателей можно использовать с частотно-регулируемыми приводами?

Различные типы промышленных двигателей, которые могут использоваться с частотно-регулируемыми приводами:

• Электродвигатели постоянного тока: электродвигатели постоянного тока все еще производятся, хотя количество активных производителей значительно сократилось, особенно тех, которые все еще производят большие электродвигатели постоянного тока (> 1 МВт).
• Асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором: Этот тип двигателя является наиболее часто используемым двигателем в промышленных процессах с частотно-регулируемыми приводами.
• Асинхронный двигатель с фазным ротором: этот тип двигателя традиционно использовался в частотно-регулируемом приводе, когда нагрузка требовала высокого пускового момента, а мощность сети электропитания была недостаточной для прямого пуска от сети (DOL). Работа с переменной скоростью достигается за счет изменения эффективного сопротивления в цепи ротора.
• Синхронный двигатель переменного тока с бесщеточным или щеточным возбуждением.
• Синхронный двигатель переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов: этот тип двигателя специально разработан для работы с частотно-регулируемым приводом.Синхронные двигатели используются в основном в диапазонах высокой мощности для минимизации затрат за счет минимизации номинального тока преобразователя частоты и из-за отсутствия асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Наиболее распространенным электрическим частотно-регулируемым приводом, используемым сегодня в промышленности, является частотно-регулируемый привод, использующий типологию инвертора напряжения (VSI) и управляющий асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Диапазон мощности частотно-регулируемых приводов типа VSI простирается от дробных кВт, таких как 0,18 кВт до 2 000 кВт в диапазоне низкого напряжения и от 200 кВт до 30 МВт в диапазоне среднего напряжения.Низкие напряжения, которые представляют интерес для местного рынка, представляют собой стандартные напряжения IEC (Международной электротехнической комиссии), а именно: однофазное 230 В, трехфазное 400 В и трехфазное 690 В при входной частоте 50 Гц. Чтобы удовлетворить потребности рынка 525 В, используются частотно-регулируемые приводы с номинальным напряжением 600 В и 690 В. На уровне среднего напряжения представляющие интерес напряжения составляют 3 300 В, 6 600 В и 11 000 В. Экономические факторы должны быть определяющим фактором в отношении номинального напряжения привода при требуемой номинальной мощности, хотя это не всегда так.

Почему вы должны использовать трехфазный асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом переменного тока (VFD)

Частотно-регулируемый привод (VFD) — это тип привода с регулируемой скоростью, используемый для управления электродвигателями, приводимыми в действие переменным током (AC ). В промышленности используются два основных типа двигателей переменного тока: синхронные и индукционные. Есть несколько причин, по которым вы должны использовать трехфазный асинхронный двигатель с вашим частотно-регулируемым приводом.

Блог по теме: 5 вещей, которые необходимо знать перед проектированием центра управления двигателями

---

Какие типы двигателей есть у Mader?

---

Синхронные и асинхронные двигатели

Синхронные двигатели переменного тока работают с использованием роторов, которые вращаются с той же скоростью, что и вращающиеся магнитные поля.Двигателю требуется источник постоянного тока (DC) для создания потока электричества в обмотки статора и создания вращающегося электромагнитного поля. Полная блокировка между статором и направлением вращения ротора определяет, что двигатель работает синхронно или вообще не работает.

Асинхронные двигатели — наиболее распространенные двигатели, используемые в промышленном оборудовании, таком как насосы, конвейеры и воздуходувки. Они также работают с использованием электромагнитных полей, но классифицируются по количеству фаз.«Фаза — это количество отдельных электрических токов, активирующих катушки, расположенные вокруг статора.

В трехфазном двигателе три тока используются для питания трех или кратных трех катушек. Трехфазные двигатели самозапускаются и не требуют внешнего источника постоянного тока. Скорость ротора в асинхронном двигателе изменяется в зависимости от колебания магнитной индукции, и это колебание приводит к тому, что ротор вращается с меньшей скоростью, чем скорость магнитного поля статора.

Какие условия влияют на скорость ротора асинхронного двигателя?

• Частота сети переменного тока
• Количество катушек, составляющих статор
• Нагрузка на двигатель

Чем выше требования к нагрузке, тем больше разница (скольжение) между скоростью ротора и скоростью вращающегося магнитного поля.Чтобы отрегулировать скорость асинхронного двигателя переменного тока, необходимо изменить частоту источника переменного тока, что является целью преобразователя частоты.

Трехфазный асинхронный двигатель и частотно-регулируемый привод

Добавление частотно-регулируемого привода к трехфазному асинхронному двигателю позволяет изменять скорость двигателя в соответствии с его нагрузкой, экономя энергию. Напряжение и частота задаются точным методом при запуске двигателя, что также исключает потери энергии. Другие преимущества, включают:

• Увеличенный срок службы двигателя переменного тока
• Экономичный контроль скорости
• Меньше техобслуживания, чем двигатель с постоянным током

Трехфазные асинхронные двигатели широко используются во многих отраслях промышленности, поскольку они самозапускающиеся, мощные и эффективные.Двигатели, управляемые с помощью частотно-регулируемого привода, являются наиболее эффективными, плавными и энергосберегающими.

Если у вас есть какие-либо вопросы о двигателях или вы хотите поговорить со специалистом о возможных вариантах, свяжитесь с Mader Electric сегодня и поговорите с членом нашей команды.

Блог по теме: частотно-регулируемый привод (ЧРП) Часто задаваемые вопросы

Сопряжение новых частотно-регулируемых приводов с существующими двигателями

Двигатели, подключенные к частотно-регулируемым приводам, получают питание с изменяемой основной частотой, несущей частотой и очень быстрым нарастанием напряжения.Эти факторы могут иметь негативные последствия, особенно при использовании существующих двигателей.

Существует ряд потенциальных проблем, которые могут стать реальными при использовании частотно-регулируемого привода (ЧРП) для питания существующего асинхронного двигателя. Таким образом, вам следует провести тщательное исследование, чтобы определить, могут ли эти проблемы быть достаточно серьезными, чтобы вызвать пересмотр такой установки. С частотно-регулируемым приводом существующий двигатель, у которого обычно оставалось несколько лет эксплуатации, может внезапно выйти из строя.

Существующие двигатели рассчитаны только на работу с частотой 60 Гц, только 50 Гц или 60/50 Гц. Таким образом, вы должны задаться вопросом, может ли новый VFD соответствовать вашему существующему двигателю, и при этом он будет работать достаточно хорошо. Другими словами, сможет ли двигатель справиться с дополнительными факторами, которые могут вызвать большую вибрацию, повышение температуры и т. Д., А также возможное усиление слышимого шума?

Высокие частоты могут вызывать проблемы

Вы должны знать о возможных побочных эффектах, вызванных высокой частотой импульсов при подключении частотно-регулируемого привода к существующему двигателю.Эти негативные эффекты включают дополнительный нагрев, слышимый шум и вибрацию. Кроме того, схема широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (см. Врезку «Основы приводов с регулируемой скоростью» на стр. 38), которая вызывает высокую скорость нарастания напряжения несущей частоты, может вызвать пробой изоляции конечных витков обмоток двигателя, так как а также изоляция питающего кабеля.

Несущая частота, побочный продукт получения тока на переменной основной частоте, является причиной наличия дополнительных ватт в двигателе; эта мощность, по сути, является потраченной впустую энергией, которая нагревает двигатель.Величина таких потерь варьируется в зависимости от конструкции статора и ротора двигателя и частоты несущей волны.

На частотах, отличных от основной, двигатель работает с очень большим проскальзыванием и, следовательно, работает несколько неэффективно. (Скольжение — это разница между скоростью вращения магнитного поля статора [синхронной скоростью асинхронного двигателя] и скоростью ротора.) Кроме того, ротор разрезает многочисленные линии магнитного потока; это явление производит дополнительные ватты и дополнительное тепло.(Обратите внимание, что высокочастотные колебания тока имеют низкую величину, а дополнительное тепло на порядок от 5% до 10% выше, чем от чистой синусоидальной волны).

Синхронная скорость четырехполюсного двигателя, работающего от сети 60 Гц, составляет 1800 об / мин. В этом же двигателе, если учесть «обертоны» или пульсации основной частоты тока, вызванные несущей частотой напряжения 4 кГц, через него будет протекать ток, основанный на этой высокой частоте. Таким образом, ротор четырехполюсного двигателя с частотой 60 Гц (с номинальной скоростью при полной нагрузке 1750 об / мин), питаемый от частотно-регулируемого привода, настроенного на выходную частоту 10 Гц, будет вращаться с 1/6 номинальной скорости.Если требуемый крутящий момент нагрузки постоянен при скоростях от низкой до полной, частота вращения скольжения остается постоянной. (Для получения дополнительной информации о скольжении см. «Термины, которые следует знать» на странице 38 и «Некоторые основы двигателя» на странице 46.) Для указанного выше двигателя, который работает с частотой 10 Гц, вал будет вращаться со скоростью 250 об / мин. .

Ротор, вращаясь со скоростью 250 об / мин и пересекая линии потока (магнитного поля) на основе основной частоты 10 Гц и синхронной скорости 300 об / мин (1/6 от 1800 об / мин), также пересекает линии магнитного потока из-за несущая частота напряжения 4 кГц.Синхронная скорость при 4 кГц составляет 120 000 об / мин ([120 x 4000] [деленное на] 4).

Исходя из синхронной скорости 120000 об / мин и скорости вала 250 об / мин, вы можете видеть, что магнитные линии потока, отсекаемые из-за несущей частоты (4 кГц), существенны по сравнению с синхронной скоростью 300 об / мин, вызванной 10 -Гц частота. Этот дополнительный ток, который передается на стержни ротора путем отсечения дополнительного магнитного потока, вызванного несущей частотой, производит очень небольшую полезную мощность.Большая часть этого тока рассеивается в виде тепла, что увеличивает температуру двигателя. Это дополнительное тепло представляет собой еще около 5-10% теплового накопления в двигателе и может вызвать дополнительную тепловую нагрузку на стержни ротора и обмотки статора двигателя, если он работает с полной нагрузкой. Эта высокочастотная мощность является неэффективным источником крутящего момента.

Из-за этих и других упомянутых условий вы можете захотеть снизить номинальные характеристики существующего двигателя, когда он подключен к VFD. Количество энергии несущей частоты, рассеиваемой двигателем, зависит от амплитуды и частоты напряжения, а также реактивного сопротивления и сопротивления двигателя на результирующей частоте.Амплитуда тока определяется отношением напряжения к импедансу, а потерянные ватты — это произведение тока в квадрате на сопротивление.

Другие нежелательные побочные эффекты

Вы также должны знать о других потенциальных побочных эффектах, вызванных высокой частотой. К ним относятся нежелательный слышимый шум, вредная вибрация и проблемы с подшипниками.

Проблемы с вибрацией и шумом. Чтобы избежать проблем с шумом и вибрацией, рекомендуется, чтобы в используемом двигателе не было компонентов, которые могут резонировать на частотах, генерируемых двигателем (и его нагрузкой).Это возможно в системах, где частота питания известна, например, 60 Гц. Однако современные частотно-регулируемые приводы не имеют стандартной несущей частоты, а основная частота может находиться в диапазоне от менее 10% от 60 Гц до 100% от 60 Гц и выше. В зависимости от того, какая марка и номер модели частотно-регулируемого привода сопрягается с существующим двигателем, а также от других факторов, таких как характеристики электрической системы на объекте, резонансы в определенных компонентах могут возникать, а могут и не возникать.

Вы также должны учитывать, что, когда двигатель, рассчитанный на 60 Гц, работает на другой электрической частоте, различные компоненты двигателя могут войти в механический резонанс, например вентилятор или вал.Каждый компонент имеет свою собственную механическую частоту, а электрическая частота, проходящая через катушки и стержни ротора, может вызывать механические колебания, которые отличаются от исходных проектных параметров. Когда электрическая частота соответствует собственной частоте механического компонента, могут возникнуть серьезные проблемы. Это может включать распад компонента.

Проблемы с подшипником. Еще одна возможная проблема, которая до сих пор не полностью изучена, — это медленное разрушение роликовых / шариковых (антифрикционных) подшипников, поддерживающих вал.Похоже, это вызвано током в подшипниках и статическим разрядом. Происходит то, что на поверхности ролика / шарика возникает точечная коррозия, которая при накоплении вызывает шум в подшипнике. Если не принять меры, начнет развиваться вибрация.

Проблемы с воздушным потоком. Дополнительный фактор, который следует учитывать при работе стандартного двигателя 60 Гц на очень низкой скорости, заключается в том, что вентилятор, который закреплен и прикреплен к ротору, может не создавать достаточного воздушного потока для эффективного охлаждения двигателя. Это верно, потому что воздушный поток пропорционален скорости вала.Таким образом, при половинной скорости вала воздушный поток вдвое меньше нормального. Для компенсации небольшого расхода воздуха при низких скоростях двигателя, если установка возможна, прикрепление блока нагнетателя воздуха постоянной скорости к задней части двигателя обычно обеспечивает надлежащее охлаждение.

Пробой изоляции проводника

Как уже упоминалось, схема ШИМ, вызывающая высокую скорость нарастания напряжения на несущей частоте, может вызвать пробой изоляции концевых витков обмоток двигателя, а также возможное нарушение изоляции фидерного кабеля.Это связано с очень высокой скоростью нарастания напряжения (скоростью изменения напряжения во времени) в сочетании с очень быстро повторяющимся импульсом напряжения, вызванным частотно-регулируемым приводом. [ИЛЛЮСТРАЦИЯ К РИСУНКУ 3 ОПРЕДЕЛЕНА]. Из-за этого явления произошли нарушения изоляции проводов в двигателях. Этот предмет не до конца изучен и в настоящее время исследуется. Известные факты по этому поводу резюмируются следующим образом.

• Переключатели в секции инвертора частотно-регулируемых приводов, используемых сегодня, приводят к тому, что мгновенное межвитковое напряжение внутри обмоток двигателя значительно выше, чем то, что производит эквивалентный нормальный источник синусоидальной волны.
• Каждый цикл основного напряжения состоит из множества импульсов напряжения.
• Большое расстояние между двигателем и его частотно-регулируемым приводом приводит к тому, что межвитковое напряжение становится еще выше.

Есть разные подходы к объяснению увеличения напряжения на клеммах двигателя. Некоторые объясняют это с помощью цепей резонансной емкости / индуктивности (LC); другие объясняют это в терминах теории стоячей волны. Оба подхода дают одинаковый результат.Когда расстояние между двигателем и его частотно-регулируемым приводом превышает критическое расстояние (которое может составлять всего 30 футов), возникает выброс напряжения, который может в два раза превышать амплитуду импульса напряжения, первоначально подаваемого на выходные клеммы частотно-регулируемого привода.

Это более высокое напряжение поступает на двигатель с такой высокой скоростью изменения для каждого из импульсов ШИМ, от нуля вольт до его пикового значения, что оно неравномерно распределяется по обмотке, вызывая высокие межвитковые напряжения в ближайших к нему витках. к силовым проводам.В результате на изоляцию проводника оказывается очень большая нагрузка, что может вызвать преждевременный пробой изоляции.

Доступны двигатели со специальным инверторным режимом, которые разработаны для соответствия или превышения амплитуд напряжения и времени нарастания, определенных в стандарте NEMA MG1, Двигатели и генераторы, Раздел .31.40.4.2, Пики напряжения. При подключении существующих двигателей к частотно-регулируемым приводам с помощью кабеля большой длины следует рассмотреть возможность использования фильтра, чтобы уменьшить влияние длинного кабеля.

Скин-эффект способствует потерям

В дополнение к проблемам, описанным выше, есть еще один компонент потерь, о котором вы должны знать: скин-эффект.Скин-эффект заставляет ток в системе переменного тока вытесняться на внешнюю поверхность проводника. Это явление приводит к тому, что сопротивление напрямую связано с квадратным корнем из частоты тока. Другими словами, чем больше частота, тем больше сопротивление из-за скин-эффекта. Несущие частоты обычно находятся в диапазоне от 800 Гц до 15 кГц, и токи на этих высоких частотах вызовут потери [I.sup.2] R. Хотя высокочастотные токи относительно номинальны, потери связаны с квадратичной мощностью тока.А несущая частота, даже в виде квадратного корня, может быть в некоторой степени эффективной из-за своего базового высокого значения. Геометрия стержней ротора также определяет степень влияния скин-эффекта на потери в роторе.

Применение двигателя очень важно

Вы должны помнить, что двигатель — это машина с постоянным крутящим моментом. Другими словами, при номинальной скорости и номинальном крутящем моменте он будет производить определенную мощность в лошадиных силах. Когда скорость снижается за счет уменьшения частоты и напряжения, двигатель, потребляя больше тока, будет пытаться поддерживать постоянную мощность, если этого требует нагрузка.Это можно сделать в ограниченной степени. Чем больше тока протекает, тем больше тепла выделяется, и двигатель быстро нагревается.

В ситуациях, когда во всем используемом диапазоне скоростей требуется постоянная мощность, очень важно, чтобы размер двигателя соответствовал требуемой мощности при минимальной ожидаемой скорости вала. Например, если требуемый диапазон скоростей составляет от 50% до 100% номинальной скорости, а требуемая мощность нагрузки составляет 100 л.с., то двигатель все равно должен обеспечивать мощность 100 л.с. при скорости 50%.Это также означает, что при 100% скорости выходная мощность двигателя, требуемая его нагрузкой, также будет составлять 100 л.с. однако требуемый крутящий момент нагрузки будет снижен на 50%. На полной скорости двигатель будет способен производить 200 л.с., что означает, что двигатель будет больше обычного.

При использовании частотно-регулируемого привода, когда основная частота снижается для достижения более низкой скорости, напряжение также уменьшается прямо пропорционально снижению скорости. Как упоминалось ранее, двигатель на 460 В при половинной скорости ротора будет иметь 230 В.Таким образом, если мощность двигателя составляет 100 л.с. на полной скорости, его мощность будет только 50 л.с. на половинной скорости.

Определенным нагрузкам, например токарным и шлифовальным станкам, требуется постоянная мощность в лошадиных силах во всем диапазоне рабочих скоростей. Предположим, ЧРП обслуживает двигатель токарного станка мощностью 20 л.с., который работает со снижением скорости на 25% (3/4 номинальной скорости). Вращающийся патрон токарного станка, который удерживает некоторый материал, обрабатываемый режущим инструментом, потребует постоянной мощности во всем используемом диапазоне скоростей. Если скорость снижена на 25%, напряжение снизится на 25%.Чтобы двигатель мог поддерживать постоянную мощность в лошадиных силах, он будет потреблять на 33% больше тока (4/3 нормальной силы тока). Поскольку ток производит тепло (в первую очередь потери [I.sup.2] R), двигатель должен иметь достаточную тепловую мощность, чтобы выдерживать дополнительный ток.

Некоторые двигатели могут выдерживать определенную избыточную тепловую нагрузку в зависимости от эксплуатационного фактора двигателя (SF). Обычно SF составляет от 1,0 до 1,15; за пределами этой точки произойдет повреждение двигателя. Поскольку напряжение снижается с использованием частотно-регулируемого привода, номинальная мощность двигателя в лошадиных силах должна быть увеличена, чтобы соответствовать требованиям к нагрузке на самой низкой используемой скорости, если требуется постоянная мощность.Конечно, это означает, что двигатель перестроен при использовании на более высоких скоростях и будет иметь более высокие потери и более низкий коэффициент мощности (PF) на более высоких скоростях при работе с нагрузкой ниже полной. Однако более низкий коэффициент мощности компенсируется ЧРП. Это условие, которое необходимо принять. В противном случае вы напрашиваетесь на неприятности.

При работе с двигателями вам будет полезно помнить о следующих отношениях:

1 л.с. = 0,746 кВт = [3 фунт-сила x 1750 об / мин] [деленное на] 5250

Любой из этих номеров можно изменить.Однако при этом должно соблюдаться равенство обеих сторон уравнения. Крутящий момент составляет фут-фунт. Если мощность остается постоянной, а скорость (об / мин) снижается, очевидно, что крутящий момент должен быть увеличен. Таким образом, в приведенном выше применении двигателя (где скорость снижена на 25%) выходной крутящий момент двигателя должен быть увеличен на 33%. И если мощность в кВт остается постоянной, а напряжение снижается (что произойдет при использовании частотно-регулируемого привода для уменьшения скорости), ток необходимо увеличить. Это может привести к перегреву. Неправильное использование двигателей — одна из основных причин их выхода из строя.

Если кто-то рекомендует приобрести частотно-регулируемый привод для вашего существующего двигателя с целью внесения изменений, которые привели бы к установке любого значения выходного напряжения (с ограничением до входного напряжения частотно-регулируемого привода) для любой конкретной основной частоты, будьте осторожны.

Такая корректировка может быть произведена; например, вы можете настроить частотно-регулируемый привод на 460 В при 30 Гц. Если 460 В — это линейное напряжение (то есть максимальное напряжение), тогда, когда основная частота превышает заданное значение, напряжение, поступающее на двигатель, остается постоянным.

Давайте еще раз посмотрим на один из приведенных выше примеров. Скажем, 100 л.с. требуется при половинной скорости, а частотно-регулируемый привод настроен на выдачу 460 В при 30 Гц. Если вы используете существующий двигатель мощностью 100 л.с., что произойдет? Что ж, двигатель будет пытаться выдать 100 л.с. на половинной скорости и продолжит попытки, если основная частота будет увеличена, а напряжение останется постоянным на уровне 460 В. (Обратите внимание, что когда основная частота становится ниже установленного значения [скажем, 15 Гц], напряжение будет пропорционально уменьшено, в данном случае до 230 В.) При 30 Гц и 460 В железо в статоре этого существующего двигателя магнитно насыщено, что приводит к протеканию большего тока и чрезмерному нагреву двигателя. Это состояние может разрушить изоляцию проводов, а также отрицательно повлиять на другие компоненты двигателя. В статорах двигателей обычно достаточно железа, чтобы выдерживать определенное отношение напряжения к частоте (В / Гц). Но когда соотношение сильно увеличивается, требуется больше железа; иначе будет перегрев.

Тем не менее, использование 30 Гц при 460 В — это эффективный способ получить регулируемую скорость при постоянной мощности, при условии, что железо в статоре двигателя рассчитано на более высокое соотношение В / Гц.Это означает, что в статор двигателя необходимо поместить больше железа. Сегодня существуют определенные двигатели, у которых в статоре есть дополнительное железо для работы при высоких соотношениях В / Гц. За них придется заплатить больше. Но для определенных типов приложений, таких как вышеупомянутые, такие двигатели могут быть экономически эффективными по сравнению с использованием существующего двигателя с удвоенной мощностью. Это связано с тем, что двигатель премиум-класса может работать при 30 Гц, 460 В и нормальном токе, тогда как существующий двигатель большой мощности, работающий при 30 Гц, 230 В, должен будет использовать удвоенный ток и будет испытывать потери, связанные с высоким текущая операция.

Резюме

Применяя двигатели к нагрузкам, требующим постоянной мощности в широком диапазоне скоростей, вам часто будет полезно работать с человеком, разбирающимся в двигателях. Когда. при использовании существующего двигателя для такого использования часто достигается компромисс между мощностью двигателя и фактической выходной мощностью, другими словами, снижение номинальных характеристик двигателя. В таких ситуациях, вероятно, будет лучше приобрести новый двигатель, отвечающий вашим требованиям.

Когда вы используете двигатель для приложения, в котором требования к крутящему моменту остаются постоянными или уменьшаются во всем применяемом диапазоне скоростей, частотно-регулируемый привод будет хорошим средством для достижения контроля скорости, при условии, что двигатель способен обрабатывать искаженную электрическую мощность, подаваемую на него. по ПФО.Применения, в которых требования к крутящему моменту остаются постоянными или уменьшенными во всем диапазоне скоростей двигателя, включают вентиляторы, насосы и конвейерные ленты.

Существуют определенные нагрузки, такие как центробежные насосы и вентиляторы, при которых по мере уменьшения скорости крутящий момент обычно уменьшается пропорционально квадрату скорости, а мощность в лошадиных силах уменьшается пропорционально кубу скорости. Таким образом, если мощность в лошадиных силах устанавливается на нижнем пределе требуемой скорости (скажем, 50% номинальной скорости при 10 л.с.), потребность в лошадиных силах на полной скорости будет в восемь раз больше, или 80 л.с.Как вы можете видеть в такой ситуации, решающий фактор для требований к мощности должен быть основан на полной номинальной нагрузке.

УСЛОВИЯ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Инвертор. Машина, устройство или система, которые меняют мощность постоянного тока на мощность переменного тока. Что касается ЧРП, работа инвертора осуществляется такими устройствами, как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и тиристоры с выключенным затвором (GTO).

Выпрямитель. Машина, устройство или система, которые изменяют мощность переменного тока на мощность постоянного тока.Выпрямление в частотно-регулируемых приводах типа ШИМ осуществляется диодами в так называемых «мостовых схемах».

Синхронная скорость. В асинхронных двигателях скорость вращения магнитного поля статора называется синхронной скоростью, которая равна (в об / мин): [120] x [f (частота сети в Гц)] [деленная на] P ( количество полюсов).

Соскальзывать. Этот термин отражает разницу между синхронной скоростью асинхронного двигателя и скоростью его ротора. Коэффициент скольжения в процентах равен [(синхронная скорость — скорость ротора) [деленная на] синхронную скорость] x 100.

СВЯЗАННАЯ СТАТЬЯ: ОСНОВЫ РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТИ ПРИВОДА

Существуют разные типы частотно-регулируемых приводов, но все они используют принцип изменения основной частоты (60 Гц или 50 Гц) для изменения скорости. Основными компонентами частотно-регулируемого привода являются выпрямительное / инверторное оборудование (последнее включает в себя электрическую коммутационную аппаратуру) и электронное управление. ЧРП изменяет (выпрямляет) поступающее напряжение 60 Гц на постоянный ток, а затем меняет (инвертирует) постоянный ток обратно на переменный, но с регулируемой основной частотой.

Для двигателя с постоянным числом полюсов существует прямая зависимость между основной частотой и частотой вращения вала двигателя. Таким образом, двигатель с номинальной частотой 60 Гц, работающий на половине номинальной скорости, будет питаться от частотно-регулируемого привода, производящего мощность 30 Гц.

Самый популярный тип частотно-регулируемого привода, производимый сегодня, производит переменный ток через широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), которая разбивает синусоидальную волну на сегменты постоянного тока постоянной амплитуды каждые полупериод. Полный цикл состоит из половины положительного и половины отрицательного сегментов напряжения.Эта обработка модуляции электроэнергии создает импульсы постоянного напряжения очень высокой частоты (в диапазоне от 800 Гц до 15 кГц) для каждого полупериода. Эти импульсы имеют прямоугольную форму при просмотре на осциллографе и шире (большая продолжительность) в центре полупериода и уже в конце полупериода. [ИЛЛЮСТРАЦИЯ К РИСУНКУ 1 опущена], на странице 41.)

Высокая частота импульсов напряжения из десяти называется несущей частотой. Эти многочисленные «выстрелы» напряжения постоянного тока каждые полупериод имеют время нарастания напряжения на шине постоянного тока от нуля до полного, составляющее десятые доли микросекунд.Эта скорость нарастания импульсов напряжения (изменение напряжения от нуля до пикового напряжения) намного выше, чем скорость нарастания напряжения для нормальной синусоидальной волны. Из-за высокой скорости нарастания напряжения возникают скачки напряжения.

Поскольку ЧРП типа ШИМ вырабатывает высокочастотное пульсирующее напряжение, результирующий ток, который обратно зависит от импеданса, на самом деле имеет форму синусоидальной волны, но с многочисленными небольшими отклонениями, такими как частота тона, производимого музыкальный инструмент с обертонами, связанными с инструментом.Обычно полное гармоническое искажение (THD) на этих высоких частотах (от 800 до 15 кГц) составляет от 5% до 10%.

Результатом процесса ШИМ является ток, имеющий синусоидальную волну, которая может варьироваться от 1 до 60 Гц (а иногда большое число может превышать 60 Гц для получения скорости вращения ротора, превышающей номинальную). Но форма волны тока на самом деле представляет собой сумму основной частоты плюс все сверхвысокие частоты, генерируемые во время обработки модуляции, которая используется для создания пульсирующего напряжения.Из-за индуктивности обмотки двигателя форма волны тока выглядит синусоидальной с наложенным высокочастотным «шумом». Это вызывает у текущей синусоидальной волны множество мелких ряби или «обертонов», как показано на рис. 2 на стр. 41.

Выходной сигнал частотно-регулируемого привода состоит из двух компонентов: регулируемой основной частоты и несущей частоты. Таким образом, двигатель, подключенный к ЧРП, получает питание с этими частотами.

Воздействие высокой несущей частоты на двигатель может быть вредным.Чтобы уменьшить это влияние, ряд частотно-регулируемых приводов теперь используют асинхронное переключение, которое заставляет несущую частоту постоянно изменять частоту на очень высоких скоростях. При этом частотно-регулируемый привод ограничивает по крайней мере одно негативное воздействие (шум), вызванное несущей частотой.

Следует отметить, что по мере того, как основная частота (которая определяет скорость двигателя) уменьшается для снижения номинальной скорости вращения вала, напряжение также уменьшается, и в том же соотношении. Это означает, что для частотно-регулируемого привода, обслуживающего двигатель 460 В, работающий при 50% номинальной скорости, частотно-регулируемый привод подает на двигатель мощность 30 Гц и делает это при 230 В.Таким образом, двигатель развивает тот же крутящий момент, но только на половинной скорости и на половине его номинальной мощности.

СВЯЗАННАЯ СТАТЬЯ: УСТАНОВКА ТИПОВОГО ДВИГАТЕЛЯ / ПРИВОДА

Понимание характеристик двигателя и характеристик нагрузки очень важно при использовании двигателя для определенной нагрузки. И такое понимание становится более важным при использовании частотно-регулируемых приводов.

Асинхронные двигатели, которые обычно рассчитаны на определенную скорость, являются наиболее популярным приводным механизмом, используемым сегодня.При заданной установившейся нагрузке эти двигатели будут поддерживать постоянную скорость вращения вала. Другими словами, за исключением небольших изменений номинальной скорости из-за колебаний нагрузки, скорость вала двигателя не изменяется. Вместо этого он определяется частотой источника питания, подаваемого на двигатель, и количеством полюсов двигателя.

Сегодня, когда для системы привода требуется регулировка скорости, обычным подходом является покупка ЧРП и использование двигателя, который был разработан для обработки дополнительных параметров, помимо тех, которые требуются для работы с нормальной синусоидальной волной 60 или 50 Гц.Таким образом, частотно-регулируемые приводы и двигатели часто заказываются комплектом из одного источника. Таким образом вы не только получите двигатель и частотно-регулируемый привод согласованной конструкции, но и получите преимущество, связанное с тем, что в случае возникновения проблем будет иметь дело только один производитель. (См. Фото на странице 38.)

Однако соображения стоимости могут способствовать согласованию существующего двигателя с новым частотно-регулируемым приводом. В этой ситуации требуется тщательный анализ этого соответствия.

СВЯЗАННАЯ СТАТЬЯ: НЕКОТОРЫЕ ОСНОВЫ МОТОРА

Синхронная скорость асинхронного двигателя представлена ​​следующим уравнением:

[Н.sub.s] = (120xf) [разделить на] P

где [N.sub.s] = синхронная скорость в об / мин

f = частота сети в Гц

P = количество полюсов

Например, четырехполюсный асинхронный двигатель с частотой 60 Гц имеет синхронную скорость 1800 об / мин ([120 x 60] [деленное на] 4).

Скорость ротора двигателя всегда меньше синхронной скорости, потому что первый потребляет электрическую / магнитную энергию, вращаясь медленнее, чем магнитное поле статора.(В случае с генератором все наоборот: ротор, вращающийся со скоростью, превышающей синхронную, подает электроэнергию на клеммы.) Эта разница в скорости называется скольжением. Коэффициент скольжения представлен следующим уравнением:

% Коэффициент скольжения = [([N.sub.s] — [N.sub.r]) [делится на] [N.sub.s]] x 100

где [N.sub.r] = частота вращения ротора в об / мин

Таким образом, ненагруженный высокоэффективный четырехполюсный двигатель, работающий при частоте вращения вала 1790 об / мин, будет иметь коэффициент скольжения 56%.Это выводится следующим образом: [(1800 — 1790) [деленное на] 1800] x 100. Тот же самый двигатель при полной нагрузке может иметь скорость вала 1750 об / мин. При этом условии коэффициент скольжения будет 2,78%. Выведение: [(1800 — 1750) [деленное на] 1800] x 100. Скорость вала при полной нагрузке для асинхронного двигателя с синхронной скоростью 1800 об / мин обычно варьируется от примерно 1780 до 1730 об. / Мин. Эта скорость зависит от КПД двигателя / конструктивных характеристик.

Более низкая скорость (величина скольжения) позволяет ротору пересекать магнитные линии потока, установленные статором, создавая таким образом электрическую энергию для своих магнитных нужд.По мере того как жаба двигателя увеличивается, скорость ротора уменьшается, в результате чего линии магнитного потока срезаются с большей скоростью. Это вызывает большее напряжение в стержнях ротора и больший ток, тем самым вырабатывая больше электроэнергии, чтобы противодействовать увеличению требований к крутящему моменту. Когда силовые линии пересекаются с большей скоростью, протекает больше тока и увеличивается нагрев из-за потерь [I.sup.2] R.

Лестер Б. Манц — руководитель отдела разработки регулируемых скоростей GE Motors, Форт-Уэйн, Индиана.Роберт Б. Морган — старший редактор журнала EC&M.

Описание преобразователей частоты

— Основы работы с частотно-регулируемым приводом Инвертор IGBT

Изучите основы частотно-регулируемых приводов — как они работают, почему они используются и их важность вместе с рабочими примерами.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на Youtube.

Помните, что электричество опасно и может быть смертельным. Вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения любых электромонтажных работ.

Если вы работаете в HVAC, то вам нужно проверить инверторные компрессоры Danfoss, которые любезно спонсировали эту тему.При использовании в сочетании с технологией переменной скорости, такой как частотно-регулируемые приводы, которые мы собираемся рассмотреть в этой статье, они делают весь ваш блок HVAC более эффективным, экономя вам и вашим клиентам деньги.

🎁 Ознакомьтесь с бесплатными электронными уроками и историями успеха Danfoss ЗДЕСЬ

Что такое ЧРП

Частотно-регулируемый привод

VFD означает частотно-регулируемый привод, и они выглядят примерно так. Вы также можете услышать, что их называют приводами переменного тока или приводами с регулируемой скоростью, потому что они используются для управления скоростью вращения двигателя переменного тока.

Электродвигатели переменного тока

Мы находим электродвигатели переменного тока и частотно-регулируемые приводы, используемые во всех отраслях промышленности, особенно в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Например, мы можем найти их используемыми для управления скоростью компрессора в холодильной системе, что позволяет нам точно соответствовать потребностям в охлаждении и приводит к значительной экономии энергии. Традиционно нам приходилось использовать компрессоры с фиксированной скоростью, которые просто включались и выключались, что приводило к плохому управлению и высоким пусковым токам.

Компрессоры

Мы также находим их используемыми для управления такими вещами, как насосы и вентиляторы в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чтобы также добиться экономии энергии, улучшить производительность и контроль.

ЧРП для управления вентиляторами и насосами

Блок ЧРП подключается к источнику электропитания двигателей. Устройство может изменять частоту электричества, подаваемого для привода двигателя, и, изменяя это, мы можем контролировать скорость вращения двигателя. Поэтому у нас есть частотно-регулируемый привод.

Объяснение ЧРП

Чтобы понять, как работает ЧРП, нам сначала нужно понять некоторые основы электричества.

Постоянный ток

Есть два типа электричества, и первый из них, который мы рассмотрим, — это постоянный или постоянный ток.Это самый простой тип, и мы получаем его от батарей, солнечных батарей и т. Д.

Источники постоянного тока

Постоянный ток можно представить себе как реку с потоком воды, текущим только в одном направлении.

При постоянном токе электроны текут только в одном направлении. Мы анимируем это, используя поток электронов, который изменяется от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный ток, который изменяется от положительного к отрицательному. Электронный поток — это то, что происходит на самом деле, исходная теория была общепринятой.Просто помните о двух теориях и о том, какую из них мы используем.

Электрическая цепь

Для подачи электричества нам необходимо замкнуть цепь. Тогда электричество всегда будет пытаться вернуться к своему источнику.

Когда мы используем осциллограф для просмотра формы электрического сигнала постоянного тока, мы получаем эту плоскую линию при максимальном напряжении в положительной области.

Плоская линия

Если мы отключим электричество, линия упадет до нуля.

Линия падает до нуля

Если мы включаем и выключаем его несколько раз, мы получаем прямоугольную волновую диаграмму между нулем и максимумом.

Прямоугольная волна

Если мы нажимаем на переключатель, чтобы открывать и закрывать в течение разного промежутка времени, то мы получаем пульсирующую картину.

Пульсирующая волна

Переменный ток

Переменный ток

Другой тип электричества — переменный или переменный ток. Это то, что вы получите от торговых точек в ваших домах и на работе. С этим типом электричества электроны в медном проводе постоянно меняют направление и текут вперед и назад, вперед и назад и т. Д.

Вы можете представить этот тип как морской прилив, который впадает и выходит между двумя максимальными точками.

Если мы проследим за медными проводами обратно к генератору, провода будут подключены к некоторым катушкам проводов, которые находятся внутри генератора. Внутри основного генератора мы также находим магнит в центре, который вращается.

Генератор

У магнита есть северный и южный полюс, или вы можете думать о нем как о положительной и отрицательной половине. Электроны в проводе заряжены отрицательно.Как вы, возможно, уже знаете, магниты толкают или тянут в зависимости от полярности. Когда магнит вращается мимо катушек, положительная и отрицательная половина будут толкать и тянуть электроны внутри медных катушек, а также через подключенные медные провода.

Катушка испытывает изменение напряженности магнитного поля

Магнитное поле магнита изменяется по интенсивности. Таким образом, когда магнит вращается мимо катушки, катушка будет испытывать изменение интенсивности магнитного поля от нуля до максимальной интенсивности, а затем, когда он проходит катушку, она снова уменьшится до нуля.

ZeroIncreaseDecrease

Затем входит отрицательная половина и тянет электроны назад с тем же изменением интенсивности. Таким образом, каждое полное вращение магнита приводит к возникновению этой волновой структуры, известной как синусоидальная волна. Напряжение в этом типе электричества не является постоянным, и вместо этого оно многократно перемещается от нуля до своего пика, обратно к нулю, затем к отрицательному пику и, наконец, обратно к нулю.

Частота

Частота

Частота означает, сколько раз синусоидальная волна переменного тока повторяется в секунду.

Карта 60 Гц

В Северной Америке и некоторых других частях мира мы находим электричество 60 Гц на розетках, что означает, что синусоидальная волна повторяется 60 раз в секунду, а поскольку каждая волна имеет положительную и отрицательную половину, это означает, что ее полярность изменится на обратную 120. раз в секунду.

50 Гц Карта

В остальном мире чаще всего встречается электричество с частотой 50 Гц, поэтому синусоидальная волна повторяется 50 раз в секунду, и, следовательно, ток меняется на противоположный 100 раз в секунду.

Однофазное и трехфазное электричество

У нас также есть однофазное и трехфазное электричество.В случае однофазной связи у нас есть подключение только к одной фазе от генератора, поэтому у нас есть только одна синусоида.

Однофазный

Но с трехфазным электричеством у нас есть подключение к каждой из трех фаз. Фазы представляют собой катушки с проволокой, которые вставляются в генератор на 120 градусов относительно предыдущей, это означает, что катушки испытывают пик вращающегося магнитного поля в разное время, это дает нам три фазы, каждая с разной синусоидальной волной.

Трехфазный

Помните, что электричество хочет вернуться к своему источнику в замкнутой цепи.Поскольку ток течет вперед и назад в разное время в каждой из фаз, мы можем по существу соединить фазы вместе, и ток будет перемещаться между различными фазами, поскольку полярность каждой фазы перемещается вперед и назад в разное время. Любой избыток будет течь через нейтраль обратно к источнику, если это необходимо.

Различные фазы

В однофазном режиме мы имеем большие промежутки между пиками. Но с 3 фазами их можно объединить, чтобы заполнить пробелы и, следовательно, обеспечить большую мощность.

Однофазные и трехфазные

В Северной Америке вы найдете систему с расщепленной фазой с двумя горячими проводами и нейтралью. Это однофазный источник питания, который делится пополам на трансформаторе, мы подробно рассмотрели это ранее, подробнее ЗДЕСЬ .

Основные части частотно-регулируемого привода

VFD

Мы устанавливаем VFD в блок питания двигателя переменного тока. Обычно это трехфазный источник питания для большинства приложений. Мы собираемся раскрасить эти фазы в красный, желтый и синий цвета, потому что мы думаем, что их легче увидеть, но в каждой стране используется свой цветовой код.Просто имейте это в виду.

Кодирование в разных странах

Три фазы входят в ЧРП и подключаются к выпрямителю. Выпрямитель состоит из нескольких параллельно включенных диодов.

Подключенные к Rectifier

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении и блокируют его возвращение в противоположном направлении. Поскольку переменный ток течет вперед и назад, мы контролируем его путь, и это дает нам приблизительный выходной сигнал постоянного тока.

Грубый выход постоянного тока

Грубый электрический ток постоянного тока течет во вторую часть, которая является шиной постоянного тока.

Шина постоянного тока

Это фильтр, в котором используются конденсаторы и / или катушки индуктивности для сглаживания выпрямленного постоянного тока в чистое, плавное, постоянное напряжение постоянного тока. Он высвобождает электроны во время промежутков, чтобы сгладить пульсацию.

Инвертор

Затем плавный постоянный ток поступает в последнюю секцию, которая является инвертором. Инвертор состоит из ряда электронных переключателей, известных как IGBT. Они открываются и закрываются парами для управления потоком электричества. Контролируя путь, по которому проходит электричество, и время, в течение которого оно течет по разным путям, мы можем производить электричество переменного тока из источника постоянного тока.Давайте теперь подробно рассмотрим каждую часть.

Как работает частотно-регулируемый привод

Мы рассмотрим первую часть частотно-регулируемого привода — выпрямитель. В этой части мы находим 6 параллельно включенных диодов, мы назовем их 1-6 следующим образом.

Каждая из трех фаз подключена к одной паре диодов.

Каждая из трех фаз подключена к одной паре диодов. Как мы знаем, электричество должно вернуться к своему источнику, чтобы замкнуть цепь. Итак, в этой настройке ток будет течь через нагрузку и обратно к источнику, используя другую фазу.Он может это сделать, потому что ток в каждой фазе течет вперед и назад в разное время, мы подробно рассмотрим это через мгновение. Нагрузкой может быть что угодно: лампа, двигатель или вся цепь. В этом случае он будет представлять остальную часть нашей схемы VFD.

Фазы питания продолжают чередоваться

Электричество будет по-прежнему чередоваться в фазах питания, но диоды будут пропускать только пиковую фазу и будут блокировать другие, поэтому мы анимируем их. Давайте посмотрим на это в действии.

Фаза 1

Фаза 1 первая, она входит и может течь только в одном направлении, а именно через диод 1. Затем она проходит через нагрузку. Как только ток пройдет через нагрузку, ему нужно будет вернуться к источнику, и поскольку фаза 2 находится в отрицательной половине своего цикла, ток будет течь через диод 6 в фазу 2.

Фаза 2

Фаза 2. В следующем сегменте мы видим, что ток все еще течет в фазе 1 и диоде 1, но теперь фаза 3 находится в отрицательной половине, поэтому ток переключается, и поток возвращается через эту фазу через диод 2.

Фаза 3

Фаза 3. В следующем сегменте фаза 2 приближается к своему пику, поэтому в этой фазе ток течет через диод 3, через нагрузку и обратно в фазу 3 через диод 2.

Фаза 4

Фаза 4. В следующем сегменте ток все еще течет в фазе 2 через диод 3, но фаза 1 теперь находится на своем отрицательном пике, поэтому ток будет течь через диод 4 обратно в фазу 1

Фаза 5

Фаза 5. В следующем сегменте мы видим, что фаза 3 приближается к своему положительному пику, поэтому ток течет через эту фазу через диод 5, через нагрузку, а затем возвращается через диод 4 в фазу 1

Этап 6

Этап 6.Наконец, ток течет через фазу 3 через диод 5, через нагрузку, а затем обратно в фазу 2 через диод 6.

Этот цикл повторяется постоянно.

Осциллограф трехфазного источника питания увидит три синусоидальные волны переменного тока. Но осциллограф на нагрузке будет видеть это грубое электричество постоянного тока с некоторой рябью на нем.

Rough DC

Теперь нам нужно сгладить эту рябь, чтобы убрать электричество постоянного тока. Для этого мы подключаем конденсатор между плюсом и минусом.Этот конденсатор похож на резервуар для хранения и будет поглощать электроны, когда их избыток, и инжектировать электроны, когда происходит восстановление.

Конденсатор, подобный резервуару для хранения

Это сгладит электричество постоянного тока в хороший ровный сигнал на осциллографе.

DC Smooth

Ранее мы подробно рассматривали конденсаторы, проверьте ЗДЕСЬ.

Теперь, когда у нас есть чистый постоянный ток, мы готовы снова превратить его в точно управляемый переменный ток с переменной частотой.Для этого нам понадобится инвертор. По сути, это ряд IGBT, которые представляют собой переключатели, которые могут включаться и выключаться очень быстро. Мы собираемся анимировать их, используя простые переключатели вместо IGBT, чтобы упростить визуализацию. Пронумеруем эти переключатели следующим образом.

Открытие / закрытие IGBT в парах

Чтобы получить наши три фазы, нам нужно открывать и закрывать переключатели попарно, чтобы направить поток тока, чтобы сформировать наши пути питания и возврата, таким образом подключенный двигатель будет испытывать переменный ток.

Пример лампы

Помните, что переменный ток — это когда ток меняется на противоположное. Итак, если бы мы взяли лампу и подключили ее к каким-то переключателям и источнику постоянного тока. Мы можем контролировать направление тока через лампу, открывая и закрывая переключатели в правильном порядке. Таким образом, лампа испытывает переменный ток, даже если он исходит от источника постоянного тока.

Для трехфазного источника питания мы синхронизируем переключатели для имитации трех фаз. Посмотрим, как это работает.

Сначала замыкаем переключатели 1 и 6.Это даст нам от фазы 1 до фазы два.

Замкните выключатели 1 и 6

Затем мы замыкаем выключатели 1 и 2. Это даст нам фазу 1 — фазу три.

Замкните переключатели 1 и 2

Затем мы замкнем переключатели 3 и 2. Это даст нам фазы 2 и 3

Замкните переключатели 3 и 2

Затем мы замкнем переключатели 3 и 4. Это даст нам фазы 2 и 1.

Замкните выключатели 3 и 4

Затем мы замыкаем выключатели 5 и 4. Это даст нам фазы 3 и 1

Замыкаем выключатели 5 и 4

Затем замыкаем выключатели 5 и 6.Это даст нам фазы 3 и 2.

Замкните выключатель 5 и 6

Этот цикл повторяется снова и снова. Если мы проверим это с помощью осциллографа, то теперь у нас будет волновая картина, которая выглядит как переменный ток, за исключением того, что она немного квадратная. Это будет хорошо работать для некоторых приложений, но не для всех, так как мы можем это улучшить.

Волновой паттерн

Помните, что ранее в этой статье мы говорили, что можем открывать и закрывать переключатель с разной скоростью и длительностью, чтобы изменить форму волны. Мы можем это сделать и для этого.

Контроллер быстро открывает и закрывает переключатели

Мы используем контроллер, чтобы быстро открывать и закрывать переключатели несколько раз за цикл в виде пульсации, каждый импульс различается по ширине. Это известно как широтно-импульсная модуляция. Цикл разбит на несколько более мелких сегментов.

Каждый сегмент имеет общий ток, который может протекать. Но с помощью быстрой пульсации переключателей мы контролируем количество потока, возникающего в каждом сегменте. Это приведет к тому, что средний ток на сегмент, который, как мы видим, увеличивается и уменьшается, давая нам волну.Таким образом, нагрузка будет испытывать синусоидальную волну.

Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя, как долго переключатели замкнуты. Таким образом, мы могли бы, например, вывести 240 В или 120 В, уменьшив время открытия и закрытия.

Управляющее выходное напряжение

Мы можем контролировать частоту, управляя синхронизацией переключателей, поэтому мы можем, например, выводить 60 Гц, 50 Гц или 30 Гц, в зависимости от того, что необходимо для приложения. Контролируя частоту, мы контролируем скорость вращения двигателя.

Итак, возвращаясь к нашей схеме VFD, мы собираемся использовать контроллер, чтобы быстро открывать и закрывать переключатели, чтобы изменять выходную частоту и напряжение.

VFD

Таким образом, комбинируя выпрямитель, фильтр и инвертор, мы получаем частотно-регулируемый привод, который можно использовать для управления скоростью электродвигателей.

---

Как работает частотно-регулируемый привод

Использование частотно-регулируемого привода (ЧРП) позволяет сэкономить на расходах и потреблении энергии.ЧРП также могут упростить процессы, сократить объем технического обслуживания, увеличить производство и продлить срок службы вашего оборудования.

Что такое ЧРП?

ЧРП или частотно-регулируемый привод — это электронное устройство, используемое для управления асинхронным двигателем переменного тока или синхронным двигателем. ЧРП управляет крутящим моментом, скоростью и направлением двигателя, плавно запускает и ускоряет двигатель до желаемой скорости с контролируемой скоростью ускорения. Также контролируется замедление, и торможение доступно в качестве опции.

ЧРП

позволяют использовать один двигатель для различных процессов и условий, которые могут требовать разных скоростей. Другие названия ЧРП включают:

• Привод с регулируемой скоростью
• Преобразователь частоты
• Привод переменного напряжения / частоты
• Привод переменного тока
• Микродиск
• Инвертор
• Преобразователь частоты

В отличие от фиксированной частоты, подаваемой от электросети, при которой двигатель постоянно работает на полной скорости, частотно-регулируемый привод обеспечивает гибкость, а также экономию средств в обрабатывающей промышленности и других отраслях промышленности.ЧРП доступны в различных типах и номиналах от менее 1 лошадиных сил до тысяч. Кроме того, вы можете выбрать скалярное управление PWM V / HZ, векторное управление PWM с обратной связью, векторное управление без обратной связи, прямое управление крутящим моментом (DTC) и другие методы управления двигателем.

Как работает частотно-регулируемый привод

Преобразователь частоты принимает фиксированное переменное напряжение и частоту в выпрямительный мост для преобразования напряжения в постоянный ток, использует батарею конденсаторов и катушки индуктивности для фильтрации постоянного тока, затем инвертирует постоянное напряжение обратно в переменное и отправляет его на двигатель при желаемая частота.

• Микропроцессор или цифровой сигнальный процессор (DSP) взаимодействует с ПЛК и пользователем (через HMI или клавиатуру), контролирует работу двигателя и проверяет наличие неисправностей.
• Схема управления координирует переключение силовых устройств для активации силовых компонентов в правильной последовательности. Скорость двигателя изменяется путем изменения напряжения и частоты, подаваемых выходными устройствами.
Преобразователи частоты
• Basic поддерживают крутящий момент двигателя, поддерживая постоянным отношение напряжения к частоте. В усовершенствованных устройствах используются более интеллектуальные и адаптивные алгоритмы для улучшения характеристик двигателя.

Короче говоря, частотно-регулируемый привод преобразует одно напряжение и частоту в другое для изменения скорости двигателя без потери крутящего момента.

Систему привода ЧРП можно разделить на три подсистемы:

• Двигатель переменного тока , чаще всего трехфазный асинхронный двигатель, но иногда однофазный или синхронный двигатель.
• Главный контроллер привода, использующий твердотельную систему преобразования силовой электроники, содержащую выпрямительный мостовой преобразователь, звено постоянного тока или фильтр и секцию переключения или инвертора.
• Интерфейс мониторинга и управления , предоставляющий оператору или ПЛК возможность запускать и останавливать двигатель, регулировать скорость, изменять направление и т. Д. Этот интерфейс также предоставляет информацию о работе двигателя, состоянии привода и т. Д. Связь с ПЛК может осуществляться через ряд протоколов последовательной связи или через релейные входы и выходы «старой школы» в сочетании с аналоговыми сигналами 4–20 мА или 0–10 В.

За прошедшие десятилетия преобразователи частоты стали меньше, в частности, благодаря микропроцессорам, заменяющим твердотельные компоненты.Во многих приложениях рентабельность инвестиций в приводы часто превышает их стоимость.

Когда использовать частотно-регулируемый привод ЧРП

используются в системах, работающих от электродвигателей переменного тока, от производства до кондиционирования воздуха. Есть много причин для выбора системы с частотно-регулируемым приводом.

• Для точного контроля скорости производственного процесса.
• Для плавного пуска и аккуратного разгона до рабочей скорости.
• Для экономии энергии, особенно в приложениях, где крутящий момент и мощность нагрузки изменяются нелинейным образом. Вентиляторы и насосы с регулируемым крутящим моментом — хорошие кандидаты для экономии.
• Для улучшения процесса и качества в ускорении, потоке, мониторинге, скорости, температуре, напряжении, крутящем моменте и давлении вашего приложения.
• Для запуска двигателя по специальным схемам для минимизации механических и электрических нагрузок.

VFD значительно уменьшают или устраняют скачки тока, необходимые для запуска двигателя «через линию».«Помимо скачков тока, в восемь раз превышающих ток полной нагрузки двигателя, этот вид пуска также может повредить механические компоненты приводной нагрузки.

Поддержание работы частотно-регулируемого привода и оборудования

Небольшое техническое обслуживание — это все, что VFD требует от своих операторов. Следите за тем, чтобы на приводе не было пыли, обеспечивайте надлежащую вентиляцию, сохраняйте все сухим и защищенным от влаги. Время от времени проверяйте надежность всех электрических соединений.

ЧРП

— невероятно надежные устройства. Когда частотно-регулируемый привод указывает на неисправность, бортовая диагностика может помочь определить причину, а иногда и способ устранения. Многие неисправности не являются неисправностью самого частотно-регулируемого привода, но могут означать проблемы с входящей мощностью, двигателем или управляемой нагрузкой.

Частотно-регулируемый привод, независимо от того, регулируется ли он вручную или с помощью ПЛК, может помочь вам ужесточить контроль над технологическим процессом при одновременном увеличении производства. Расходы на техническое обслуживание и ремонт ваших линий снижаются, как и ваши счета за электроэнергию.

С меньшим количеством ошибок и меньшим временем простоя ваша прибыль будет расти с меньшими усилиями от вас и вашего оборудования.

Об авторе

Джефф Коннер, имеющий более чем 25-летний опыт работы в сфере ремонта промышленной автоматизации, является менеджером по обслуживанию концепций управления в Далласе и членом Консультативного комитета факультета электронных технологий Технического колледжа штата Техас.

Control Concepts помогает проектировать, производить, устанавливать, тестировать и программировать системы управления.Они обслуживают практически любые средства управления, используемые в автоматизированных системах, и могут отправить опытного специалиста куда угодно, где бы он ни был, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

О компании Hallam-ICS

Hallam-ICS — компания, занимающаяся проектированием и автоматизацией, которая разрабатывает системы MEP для объектов и заводов, разрабатывает решения для управления и автоматизации, а также обеспечивает соответствие требованиям безопасности и нормативным требованиям посредством исследований вспышки дуги, ввода в эксплуатацию и проверки. Наши офисы расположены в Массачусетсе, Коннектикуте, Нью-Йорке, Вермонте и Северной Каролине, и наши проекты охватывают весь мир.

Частотно-регулируемые приводы

Преобразователи частоты

Если вы используете односкоростные двигатели для привода вентиляторов или насосов, вы можете экономия энергии за счет использования частотно-регулируемого привода.

Частотно-регулируемый привод (VFD), один из типов устройств на базе SCR, может преобразовывать односкоростной двигатель с регулируемой скоростью без каких-либо изменений в самом двигателе. Это может быть эффективным способом преобразования, например, систем подачи воздуха постоянного объема. в переменный объем.Доступны частотно-регулируемые приводы для двигателей от 1 до 300 л.с. и легко устанавливаются непосредственно в линию питания, ведущую к двигателю, заменяя существующий пускатель двигателя.

Описание

ЧРП работает по простому принципу. Скорость вращения асинхронного двигателя переменного тока зависит от количества полюсов в статоре и частоты подаваемого переменного тока.

Хотя количество полюсов в асинхронном двигателе не может быть легко изменено, переменное скорость может быть достигнута за счет изменения частоты.ЧРП выпрямляет стандартные 60 переключить питание переменного тока на постоянный, затем синтезирует выход переменного тока переменной частоты. Двигатели подключенный к VFD обеспечивает механический выход переменной скорости с высокой эффективностью. Эти устройства способны уменьшать скорость до 9: 1 (11 процентов от полной скорости), и увеличение скорости 3: 1 (300 процентов от полной скорости).

Использование контроллеров скорости двигателя в промышленности легко. Односкоростной индукционный двигатели обычно используются для привода промышленного технологического оборудования, особенно центробежного насосы и вентиляторы.VFD использует основной принцип механики переменной приложения крутящего момента, такие как вентиляторы для насосов. Расход воды или воздуха напрямую связана со скоростью насоса или вентилятора, а мощность двигателя в л.с. связана с кубом скорости. Это означает, что при 50-процентном расходе или 50-процентной скорости двигателя только (50%) ³ или 12,5 требуется процент от исходной мощности на валу.

Возможности

Многие системы вентиляторов и насосов имеют экономичное применение для частотно-регулируемых приводов.Довольно часто эти системы имеют переменный расход с помощью дросселирующих устройств, таких как клапаны. и демпферы для изменения расхода. Дросселирующие устройства тратят лишнюю энергию на поддержание при заданной частоте и использовании частотно-регулируемого привода в таких ситуациях может быть очень рентабельно. Типичными примерами систем, использующих дросселирующие устройства, являются: подкачивающие насосы для бытового водоснабжения, системы технологической охлажденной воды или воды конденсатора, а также заслонки нагнетания вентилятора.

В других системах с переменным расходом используются механические или электрические методы, такие как впускные лопатки, выпускные демпферы, вихретоковые муфты, гидравлические муфты и шкивы с регулируемым шагом для изменения скорости вентилятора или насоса.Они более эффективны, чем дросселирующие устройства. но не так эффективен, как VFD.

Некоторые системы вентиляторов и насосов в настоящее время имеют постоянный поток, но могут быть преобразованы в переменный поточные системы путем внесения изменений в систему. Примером является постоянный объем воздуха. распределительная система. Добавление коробок переменного объема для каждой зоны и ЧРП к вентилятору приведет к преобразовать эту систему в систему с переменным расходом и сэкономить значительную энергию (и, возможно, улучшить комфорт тоже).Другой пример — система охлажденной воды с трехходовыми клапанами для перепускать охлажденную воду вокруг охлаждающего змеевика для поддержания желаемой температуры воздуха. В трехходовые клапаны могут быть заменены двумя клапанами, которые изменяют поток в змеевик и позволяют частотно-регулируемый привод для изменения скорости насоса, необходимого для поддержания давления в системе. В этом случае чиллер должен быть отсоединен от нагнетательного или распределительного трубопровода.

Заявка

Частотный привод не лишен недостатков.В результате включения • выключения выполнено с помощью частотно-регулируемого привода генерируются гармонические токи. Гармонические токи вызывают незначительное увеличение потери в электромагнитном оборудовании, таком как трансформаторы и двигатели. Сниженный мотор эффективность и уменьшенная мощность вентилятора охлаждения двигателя на пониженных скоростях приводит к немного выше рабочая температура, но перегрев двигателя возникает редко. Если власть рядом находятся конденсаторы коррекции коэффициента, цепь может иметь резонансную частоту, которая Обычно это не проблема для двигателей меньшего размера, но его следует учитывать для двигателей большего размера.

Коррекцию коэффициента мощности также следует рассматривать как опцию при указании ЧРП в качестве Некоторые типы частотно-регулируемых приводов имеют очень низкий коэффициент мощности, особенно при низкой нагрузке.

Большинство частотно-регулируемых приводов среднего и большого размера имеют конденсаторы для коррекции коэффициента мощности и защиты качество электроэнергии в остальной части системы.

Что такое частотно-регулируемые приводы и кто должен их использовать?

Начнем с того, для чего используются частотно-регулируемые приводы…

Преобразователи частоты используются для электронного управления скоростью асинхронных двигателей переменного тока.Проще говоря, частотно-регулируемый привод регулирует скорость вашего двигателя в соответствии с требованиями к выходной мощности, что обычно приводит к экономии энергии от 10 до 50 процентов. Это достигается путем изменения частоты и напряжения, в которых работает двигатель приложения, в зависимости от требований тока, а не 100% работы на полную мощность. Вы также можете называть их приводами с регулируемой скоростью, приводами с регулируемой скоростью, приводами переменного тока, микроприводами или инверторами.

Второй вопрос: кому следует использовать частотно-регулируемые приводы?
Marshall Wolf Automation может упростить это определение, задав вам следующие вопросы:

• Есть ли на вашем предприятии промышленные электродвигатели переменного тока?
• Вы хотите продлить срок службы этих двигателей, запустив их на скоростях, рассчитанных на переменные нагрузки?
• Вы пытаетесь сэкономить на расходах на электроэнергию?

Если вы ответили да на вышеперечисленные вопросы, вам следует подумать об установке частотно-регулируемых приводов на свои асинхронные двигатели переменного тока.