Частотное регулирование асинхронного двигателя: Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Содержание

Управление частотным преобразователем, векторное, скалярное.

Компания Русэлком производит и поставляет преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями. Поэтому для понимания принципа частотного управления рассмотрим более детально работу асинхронного двигателя и методы его частотного регулирования

Конструкция асинхронного двигателя схематически изображена на рис. 2. Двигатель состоит из неподвижной части, которая называется статор и подвижной (вращающейся) части называемой ротор.

В пазах статора уложены три группы обмоток А-В-С. Обмотки статора сдвинуты друг относительно друга в пространстве на угол 120°. Это является одним из двух обязательных условий для создания вращающегося магнитного поля статора.

Ротор двигателя изготовлен в виде цельного цилиндра из специальной электротехнической стали с короткозамкнутой обмоткой.

Рис.2. Схематический разрез асинхронного двигателя.

На обмотки статора от источника питания подается трехфазное напряжение uа, uв, uс с частотой

Напряжения uа, uв, uс сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120°. Это является вторым обязательным условием для создания вращающегося магнитного поля статора.

При питании обмоток статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Угловая скорость вращения этого поля в радианах определяется по известной формуле

– число пар полюсов статора.

Переход от угловой скорости вращения поля измеряемой в радианах, к частоте вращения выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле

где 60 – коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что

Из формулы видно, что частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питания и числа пар полюсов.

К примеру, в двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц частота вращения магнитного поля равна 3000 об/мин.

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения . Для примера в асинхронном двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц и при скольжении 5% частота вращения ротора равна 2850 об/мин.

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

где — постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1: 40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.


Принцип действия частотного управления асинхронным двигателем ~ Электропривод

Чтобы понять способ частотного управления асинхронным двигателем, а конкретно его угловой скоростью, при помощи регулирования частоты подводимого напряжения, необходимо рассмотреть формулу зависимости синхронной частоты вращения двигателя от частоты подводимого напряжения f1 и числа пар полюсов двигателя рn. Из формулы видно, что скорость вращения электромагнитного поля статора прямо пропорциональна частоте питающего напряжения.

По этому принципу возможно построение широкорегулируемых электроприводов с жесткими механическими характеристиками. Важным преимуществом частотного управления асинхронным двигателем являются благоприятные энергетические показатели. Это объясняется тем, что двигатель с частотным управлением работает при малых скольжениях, что обусловливает малые потери и высокий КПД во всем диапазоне регулирования скорости. Однако при изменении частоты возникает необходимость одновременного регулирования напряжения, подводимого к статору. С изменением частоты питающего напряжения изменяется и величина потока двигателя Ф1, поэтому одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо регулировать и его амплитуду.

Необходимость уменьшения напряжения при уменьшении частоты питающего напряжения возникает из за того, что с уменьшением сопротивления обмоток двигателя, ток намагничивания возрастает. Это приводит к тому, что магнитопровод двигателя насыщается, что ведет к перегреву двигателя. При частотном управлении двигателем, необходимо следить, чтобы скольжение двигателя было минимальным.

В настоящее время в качестве преобразователей частоты используются полупроводниковые статические преобразователи частоты. Если пренебрегать величиной активного сопротивления статора (r1=0), то, для того чтобы при частотном управлении (уменьшении частоты вниз от номинальной) сохранять критический момент постоянным, нужно величину напряжения изменять пропорционально изменению частоты.

Механические характеристики, соответствующие частотному регулированию при выполнении соотношения показаны на рисунке сплошными линиями.

Для того чтобы реализовать принцип частотного управления двигателем, необходимо управлять напряжением и током в статоре асинхронной машины при изменении частоты питания. Поэтому в разомкнутых системах ПЧ — АД не удается достичь большого диапазона регулирования скорости, так как в сильной степени проявляется статизм (влияние изменений момента нагрузки) на механические характеристики привода. Кроме того, при снижении скорости может возникать область статической неустойчивости, которая затрудняет практическое использование таких приводов. Существует несколько алгоритмов одновременного изменения частоты и напряжения статора в статическом режиме. Чаще всего стремятся сохранить постоянной перегрузочную способность двигателя, т.е. сделать так, чтобы при всех режимах отношение максимального момента к моменту сил сопротивления оставалось постоянным:

Таким образом, напряжение необходимо регулировать не только в функции частоты, но и в функции нагрузки. Критический момент трехфазного АД:

где ω0- синхронная скорость; Rj — активное фазное сопротивление обмотки статора; XK=XJ+X’2 — индуктивное фазное сопротивление к.з. Пренебрегая величиной Ri по сравнению с Xk и учитывая, что Xk=2f1Lf, можно получить

Следовательно, критический момент прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты, поэтому

Таким образом, для сохранения постоянной перегрузочной способности необходимо изменять напряжение пропорционально частоте и корню квадратному от момента нагрузки. Этот общий принцип регулирования может быть уточнен для конкретных режимов работы механизма.

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

Двигатели с частотным регулированием АДЧР. Преобразователь частоты позволяет регулировать скорость работы двигателя. Подбор и характеристики.

На основе частотно-регулируемого привода создаются энергосберегающие системы во многих производственных, коммунальных и других обслуживающих отраслях. Преобразователь частоты, интегрированный с электродвигателем, позволяет манипулировать номинальной мощность, плавно регулировать скорость работы.

Интеграция двигателя и преобразователя частоты дает преимущества:

  • Сбережение электроэнергии.
  • Увеличение срока эксплуатации двигателя.
  • Автоматическое управление производственными процессами.

Эффективность работы привода с частотным регулироваением

Эффективность работы привода обеспечивают асинхронные двигатели частотного регулирования, купить которые можно в интернет-магазине ЭлРе, выбрав из линеек как:

  • BESEL. Польский производитель в составе группы компаний Cantoni предлагает двигатели общего назначения для эксплуатации в умеренном климате, со стандартными параметрами пуска. Ассортимент двигателей частотного регулирования в каталоге выдержан в диапазоне типоразмеров с 56 по 90 мм. Линейка предназначается для управления насосами, вентиляторами и другой обслуживающей техникой. Производитель рекомендует правильно подбирать крыльчатку вентилятора для эффективной работы двигателя, т.к. слишком маленький вентилятор не обеспечивает должный контроль скорости вращения.
  • ЭЛРЕ (ДАР). Компания ЭлРе предлагает модифицированные регулируемые по частоте двигатели собственного производства с маркировкой ДАР всех типоразмеров, с 56 по 132 мм. Производство АДЧР – двигателей частотного регулирования общего назначения компания – выполняет как по производственному плану, так и по конкретным заказам с предоставлением технического задания. Эти двигатели могут работать в одиночном или групповом приводе ЧРП либо от стандартной питающей сети.

Преимущество двигателей, выпускаемых в диапазоне SS(K,L), состоит в том, что мощность, потребляемая ими, прямо пропорциональна производительности по вращению и в связи с этим при низкой скорости вентилятора уменьшается энергопотребление двигателя.

Каталоги и подбор электродвигателей

Частотное регулирование асинхронных электроприводов. — РОСЭЛЕКТРО

Принципиальная возможность регулирования угловой скорости асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения вытекает из формулы ω = 2πf1 (1 — s)/p. При регулировании частоты также возникает необходимость регулирования амплитуды напряжения источника, что следует из выражения U1 ≈ Е1 = kФf1. Если при неизменном напряжении изменять частоту, то поток будет изменяться обратно пропорционально частоте. Так, при уменьшении частоты поток возрастет, и это приведет к насыщению стали машины и как следствие к резкому увеличению тока и превышению температуры двигателя; при увеличении частоты поток будет уменьшаться и как следствие будет уменьшаться допустимый момент. 

Для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании угловой скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки, что реализуемо только в замкнутых системах электропривода. В разомкнутых системах напряжение регулируется лишь в функции частоты по некоторому закону, зависящему от вида нагрузки.

Частотное регулирование угловой скорости электроприводов переменного тока с двигателями с короткозамкнутым ротором находит все большее применение в различных отраслях техники. Например, в установках текстильной промышленности, где с помощью одного преобразователя частоты, питающего группу асинхронных двигателей, находящихся в одинаковых условиях, плавно и одновременно регулируются их угловые скорости. Примером другой установки с частотно-регулируемыми асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором могут служить транспортные рольганги в металлургической промышленности, некоторые конвейеры и др.

Частотное регулирование угловой скорости асинхронных двигателей широко применяется в индивидуальных установках, когда требуется получение весьма высоких угловых скоростей (для привода электрошпинделей в металлорежущих станках с частотой вращения до 20 000 об/мин).

Экономические выгоды частотного регулирования особенно существенны для приводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, где имеет место частое изменение направления вращения с интенсивным торможением.

Для осуществления частотного регулирования угловой скорости находят применение преобразователи, на выходе которых по требуемому соотношению или независимо меняется как частота, так и амплитуда напряжения. Преобразователи частоты можно разделить на электромашинные и вентильные. В свою очередь электромашинные преобразователи могут быть выполнены с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью. В последних используют коллекторную машину переменного тока, на вход которой подают переменное напряжение с постоянной частотой и амплитудой, а на выходе ее получают напряжение с регулируемой частотой и амплитудой. Электромашинные преобразователи с непосредственной связью практического применения не получили.

Способы регулирования асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель является наиболее массовым электрическим двигателем. Эти двигатели выпускаются мощностью от 0,1 кВт до нескольких тысяч киловатт и находят применение во всех отраслях хозяйства. Основным достоинством асинхронного двигателя является простота его конструкции и невысокая стоимость. Однако по принципу своего действия асинхронный двигатель в обычной схеме включения не допускает регулирования скорости его вращения. Особое внимание следует обратить на то, что во избежание значительных потерь энергии, а, следовательно, для короткозамкнутых асинхронных двигателей во избежание перегрева его ротора, двигатель должен работать в длительном режиме с минимальными значениями скольжения.

Асинхронный двигатель является наиболее массовым электрическим двигателем. Эти двигатели выпускаются мощностью от 0,1 кВт до нескольких тысяч киловатт и находят применение во всех отраслях хозяйства. Основным достоинством асинхронного двигателя является простота его конструкции и невысокая стоимость. Однако по принципу своего действия асинхронный двигатель в обычной схеме включения не допускает регулирования скорости его вращения. Особое внимание следует обратить на то, что во избежание значительных потерь энергии, а, следовательно, для короткозамкнутых асинхронных двигателей во избежание перегрева его ротора, двигатель должен работать в длительном режиме с минимальными значениями скольжения.

Рассмотрим возможные способы регулирования скорости асинхронных двигателей (см. рис.1). Скорость двигателя определяется двумя параметрами: скоростью вращения электромагнитного поля статора ω0 и скольжением s:


Рис.1. Классификация способов регулирования асинхронных двигателей Исходя из (1) принципиально возможны два способа регулирования скорости: регулирование скорости вращения поля статора и регулирование скольжения при постоянной величине ω0:

Скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами (см.3.3): частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора f1, и числом пар полюсов двигателя рп. В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя. Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения. Для асинхронных двигателей с фазным ротором, кроме того, возможны еще два способа: введение в цепь ротора добавочных сопротивлений (реостатное регулирование) и введение в цепь ротора добавочной регулируемой э.д.с. посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь ротора (асинхронный вентильный каскад и двигатель двойного питания).

В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что определило опережающее развитие и широкое применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются:

плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне;

— экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных;

Недостатками частотного регулирования являются сложность и высокая стоимость (особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты и сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.

Подробно принципы и схемы частотного регулирования скорости асинхронного двигателя рассмотрены ниже.

Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от 2 до 4) значений рабочих скоростей, т.е. плавное регулирование скорости и формирование переходных процессов при этом способе невозможно.

Поэтому данный способ имеет определенные области применения, но не может рассматриваться, как основа для построения систем регулируемого электропривода.

2. Частотное регулирование асинхронных электроприводов:

Принципиальная возможность регулирования угловой скорости асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения вытекает из формулы ω = 2π f1 (1 — s)/p. При регулировании частоты также возникает необходимость регулирования амплитуды напряжения источника, что следует из выражения U1 ≈ Е1 = kФf1. Если при неизменном напряжении изменять частоту, то поток будет изменяться обратно пропорционально частоте. Так, при уменьшении частоты поток возрастет, и это приведет к насыщению стали машины и как следствие к резкому увеличению тока и превышению температуры двигателя; при увеличении частоты поток будет уменьшаться и как следствие будет уменьшаться допустимый момент.

Для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании угловой скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки, что реализуемо только в замкнутых системах электропривода. В разомкнутых системах напряжение регулируется лишь в функции частоты по некоторому закону, зависящему от вида нагрузки. Частотное регулирование угловой скорости электроприводов переменного тока с двигателями с короткозамкнутым ротором находит все большее применение в различных отраслях техники. Например, в установках текстильной промышленности, где с помощью одного преобразователя частоты, питающего группу асинхронных двигателей, находящихся в одинаковых условиях, плавно и одновременно регулируются их угловые скорости. Примером другой установки с частотно-регулируемыми асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором могут служить транспортные рольганги в металлургической промышленности, некоторые конвейеры и др.

Частотное регулирование угловой скорости асинхронных двигателей широко применяется в индивидуальных установках, когда требуется получение весьма высоких угловых скоростей (для привода электрошпинделей в металлорежущих станках с частотой вращения до 20 000 об/мин).

Экономические выгоды частотного регулирования особенно существенны для приводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, где имеет место частое изменение направления вращения с интенсивным торможением.

Для осуществления частотного регулирования угловой скорости находят применение преобразователи, на выходе которых по требуемому соотношению или независимо меняется как частота, так и амплитуда напряжения. Преобразователи частоты можно разделить на электромашинные и вентильные. В свою очередь электромашинные преобразователи могут быть выполнены с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью. В последних используют коллекторную машину переменного тока, на вход которой подают переменное напряжение с постоянной частотой и амплитудой, а на выходе ее получают напряжение с регулируемой частотой и амплитудой. Электромашинные преобразователи с непосредственной связью практического применения не получили.

Системы частотного регулирования с линейными электродвигателями.

Frequency control systems with linear motors

Разнообразие линейных электродвигателей столь же велико, как и электрических машин с вращающимся ротором. Наиболее просты по конструкции линейные трехфазные асинхронные двигатели, в которых поступательное движение рабочего органа происходит под действием «бегущего» поля индуктора.

Если индуктор выполнен в виде цилиндра, а внутри него находится токопроводящая жидкая среда, то цилиндрический линейный асинхронный двигатель (ЛАД) может работать в качестве насоса.

Регулирование производительности такого насоса осуществляется изменением частоты тока индуктора и, соответственно, скорости движения магнитного поля.

Особенности частотного регулирования МГД-насоса обусловлены конструкцией цилиндрического линейного асинхронного двигателя, в том числе краевыми эффектами и большими потоками рассеивания. Коэффициент мощности таких двигателей значительно ниже, чем у обычных электрических машин, и может составлять 0,3 – 0,4.

Система управления линейным электродвигателем строится на базе преобразователя частоты обычной конструкции, но со специальным программным обеспечением. Для оптимизации рабочих характеристик ЛАД может потребоваться раздельное и независимое управление выходной частотой преобразователя и выходным напряжением.

Диапазон частот двигателя МГД-насоса определяется требуемым напором и может достигать 200 Гц и выше.

Ниже показано оборудование системы частотного регулирования цилиндрического линейного асинхронного двигателя на базе преобразователя частоты Vacon NXP. Рабочие параметры — Uл=380 В, Iл=180 А, f=200 Гц, Cosφ=0,2.

Пример оборудования СЧР линейного асинхронного двигателя.

Управление преобразователем частоты выполняется с поста местного или дистанционного управления. Контроль работы привода, измерение и регистрация параметров выполняются штатным сервисным программным обеспечением NCDrive, установленным на персональном компьютере.

Пример переходных процессов линейного асинхронного двигателя при изменении частоты от 0 до 200 Гц.

Частота ШИМ выходного напряжения может изменяться в широком диапазоне (от 1 кГц до 12 кГц).

Форма напряжения и тока линейного асинхронного двигателя (дискретность считывания – 1 миллисекунда).

Предложения Инженерного центра «АРТ» по системам частотного регулирования с линейными электродвигателями.

Полный комплекс работ по созданию систем частотного регулирования для линейных электродвигателей, включая:

  • разработку проектно-сметной документации, программного обеспечения;
  • поставку оборудования и материалов;
  • выполнение монтажных и пусконаладочных работ;
  • организацию технического обслуживания.

Отправить запрос.

Новая упрощенная модель асинхронной машины с учетом частотной характеристики

При цифровом моделировании энергосистем следует учитывать частотную характеристику электрооборудования. Традиционная модель переходного процесса третьего порядка асинхронной машины исключает не только переходный процесс статора, но также и частотные характеристики, тем самым сужая область применения модели и приводя к большой ошибке при некоторых особых условиях. Основываясь на физической эквивалентной схеме и модели Парка для асинхронных машин, в этом исследовании предлагается новая асинхронная модель переходной машины третьего порядка с учетом частотной характеристики.В новых определениях переменных напряжения за реактивным сопротивлением переопределяются как линейное уравнение потокосцепления. Таким образом, уравнение напряжения ротора не связано с производными по частоте. Однако при применении традиционной модели переходных процессов третьего порядка не всегда следует игнорировать производные по частоте. По сравнению с традиционной моделью переходных процессов третьего порядка новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка с учетом частотной характеристики является более точной без увеличения порядка и сложности.Результаты моделирования показывают, что новая модель переходных процессов третьего порядка для асинхронной машины является подходящей, эффективной и более точной, чем широко используемая традиционная упрощенная модель переходных процессов третьего порядка в некоторых особых условиях с резкими колебаниями частоты.

1. Введение

Падение напряжения — обычное явление при отказе энергосистемы, тогда как системная частота остается постоянной в крупномасштабных энергосистемах. Следовательно, традиционное моделирование и моделирование энергосистемы сосредоточено на характеристиках напряжения силового оборудования с меньшим учетом частотной характеристики.Однако при большом распространении распределенной генерации [1, 2] частота системы будет колебаться, когда существует случайный дисбаланс между производством электроэнергии и потреблением. Например, неисправность или внезапное изменение мощности нагрузки в микросети [3–5] вызовут относительно большие колебания частоты, потому что инерция системы мала. Кроме того, в некоторых изолированных сетях (например, в электросетях Синьцзян и Хайнань в Китае) системные сбои также вызывают проблемы с частотой [6–9]. Таким образом, частотные характеристики оборудования следует учитывать при моделировании и моделировании энергосистемы.

Асинхронные машины, в состав которых входят асинхронные асинхронные двигатели и индукционные генераторы, являются важным оборудованием в энергосистемах. Динамическая нагрузка включает асинхронные двигатели [6–15] и большое количество ветряных генераторов, таких как индукционные генераторы или индукционные генераторы с двойным питанием (DFIG) [16–22]. Электромеханическая переходная модель третьего порядка для асинхронных машин широко используется при моделировании энергосистем. Традиционная форма этой модели не может представить частотную характеристику асинхронных машин, потому что эта упрощенная модель только предполагает, что частота постоянна, и игнорирует первую производную частоты во время вывода.Результаты моделирования приемлемы при использовании традиционной модели переходных процессов третьего порядка в условиях незначительных колебаний частоты или без учета колебаний частоты. Однако при изучении энергосистемы с высоким уровнем проникновения распределенной генерации использование традиционной модели переходных процессов третьего порядка приведет к значительной ошибке в результате моделирования в отличие от измерения поля. Моделирование нагрузки с учетом частоты и напряжения обсуждается в [8].Улучшенное моделирование нагрузки на основе измерений может хорошо отражать динамические характеристики реальной нагрузки. Новое регулирование частоты с помощью ветряных турбин (WT) на основе DFIG, используемых для координации инерционного управления, управления скоростью ротора и управления углом тангажа, изучается в [23]. Скоординированное управление улучшает возможность регулирования частоты и гасит колебания частоты. Способность WT участвовать в управлении первичной частотой и обеспечивать первичный резерв обсуждается в [24], в котором также исследовались переходная частотная поддержка и постоянная частотная характеристика.

Чтобы представить характеристики напряжения и частоты асинхронной машины во время моделирования, в этой статье предлагается новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка путем переопределения переменных и параметров традиционной модели. В этой новой упрощенной модели третьего порядка определение переходной переменной дает четкую физическую интерпретацию. Новая упрощенная модель третьего порядка может точно представить частотную характеристику асинхронных машин. Между тем, эта переменная не увеличит порядок и сложность модели.Наконец, результаты моделирования подтверждают эффективность и точность новой упрощенной модели переходных процессов третьего порядка при моделировании энергосистемы.

2. Парковая модель асинхронной машины

На рисунке 1 показаны схемы, применимые к анализу асинхронной машины. Цепи статора содержат трехфазные обмотки и распределены в пространстве на 120 ° друг от друга. Цепи ротора содержат три распределенных обмотки, и.


Пренебрегая насыщением, гистерезисом и вихревыми токами и принимая чисто синусоидальное распределение магнитных волн, уравнения машины можно записать следующим образом [25].

Уравнения напряжения статора и ротора задаются формулой где представляет напряжение, представляет ток, представляет поток, связывающий обмотку, обозначенную нижним индексом, представляет собой сопротивление фазы статора, представляет собой сопротивление фазы ротора, а нижние индексы и представляют собой обмотки статора и ротора, соответственно.

определяется как угол, на который ось фазной обмотки ротора опережает ось фазной обмотки статора в направлении вращения с постоянной угловой скоростью ротора: и с постоянной пробуксовкой:

На рисунке 2 показано, что электрическая угловая скорость системы отсчета и вращающейся системы отсчета находится в пределах, ось намотки ведет к оси намотки в направлении вращения, а ось совпадает с осью фазной обмотки статора в начальный момент.


Применяя уравнение преобразования, мы получаем следующие выражения для преобразованных составляющих напряжения, потоковых связей и токов [25].

Уравнения напряжения статора:

уравнения напряжения ротора: Термины и являются напряжениями трансформатора, аналогичными и.

Уравнения потокосцепления статора следующие:

Уравнения рассеяния магнитного потока ротора следующие: где и, где, и — утечка статора, утечка ротора и взаимные индуктивности соответственно.

Исключая фазное напряжение и ток по компонентам, получаем

Крутящий момент в воздушном зазоре получается делением мощности, передаваемой через воздушный зазор, на скорость ротора в механических радианах в секунду: где нижние индексы и обозначают ротор и статор соответственно.

3. Традиционная упрощенная модель асинхронной машины

За исключением переходных процессов статора, Следующие переменные и параметры [25] определены как Переписывая (7), получаем

Напряжение на роторе компонента (5) можно записать как

Из приведенного выше уравнения можно записать как Таким образом, (13) можно записать как

Аналогичным образом составляющая напряжения ротора определяется выражением

Этот термин обычно исключается при моделировании системы в предыдущих исследованиях, и уравнения переходной модели асинхронной машины можно переписать следующим образом:

По сравнению с (15) и (16), и исключены в (17), что указывает на то, что частота рассматривается как константа в переходной модели третьего порядка асинхронной машины.Однако это предположение приведет к ошибкам, поскольку частота значительно изменится.

4. Новая модель упрощенной асинхронной машины
4.1. Переопределение переменных и параметров

Чтобы представить эффект флуктуации частоты и сохранить простоту переходной модели третьего порядка асинхронной машины, переменные и параметры должны быть переопределены следующим образом:

По сравнению с (11) и имеют линейную связь с потокосцеплением, в результате чего угловые частоты, и исключены.

4.2. Уравнения напряжения ротора

Из (12) и (18) напряжение ротора компонента может быть записано как куда Таким образом, (19) можно записать как

На основе аналогичного принципа мы можем получить уравнение напряжения ротора компонента. Уравнения переходной модели асинхронной машины затем можно переписать следующим образом: не появляется в процессе вывода, что указывает на то, что частота не исключена в новой упрощенной переходной модели третьего порядка.В новом определении не учитываются и угловая частота, и индуктивности, и являются параметрами переходной модели, которые могут лучше отражать физические характеристики асинхронной машины в модели.

4.3. Уравнения напряжения статора

Чтобы сократить уравнения и сделать модель пригодной для программы стабилизации, мы исключаем токи ротора и выражаем взаимосвязь между током статора и напряжением относительно напряжения за переходным реактивным сопротивлением.Таким образом, из (12) и (6) получаем

Подставляя приведенное выше уравнение для в (4), уравнение напряжения статора компонента можно переписать как

Аналогичным образом мы можем получить компонент уравнения напряжения статора, в результате чего уравнения напряжения статора могут быть записаны как

Из (13) и (9) уравнение электромагнитного момента может быть выражено как

4.4. Уравнения модели в системе координат

Уравнения модели переходных процессов должны быть преобразованы в общедоступную систему координат при моделировании системы.На рисунке 2 показана взаимосвязь между системой отсчета и системой отсчета с аналогичной угловой скоростью в. — угол, на который ось опережает ось в направлении вращения. Уравнение преобразования: В результате переходная модель получается следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнения напряжения статора:

уравнение электромагнитного момента:

Уравнение ускорения ротора: где на единицу и — начальное скольжение асинхронной машины.Если асинхронная машина потребляет энергию, то; в противном случае, если асинхронная машина производит мощность.

5. Анализ модели

Известно, что асинхронные машины содержат асинхронные асинхронные двигатели и асинхронные генераторы; разница между ними заключается в уравнениях ускорения и напряжения ротора.

5.1. Асинхронный асинхронный двигатель Модель

Асинхронный двигатель — это обычная асинхронная машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую на основе принципа электромагнитной индукции.Напряжение на роторе асинхронного двигателя равно нулю, поэтому новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка для асинхронного двигателя с учетом частотных характеристик показана следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнение ускорения:

уравнения напряжения статора:

5.2. Асинхронный генератор Модель

Асинхронные генераторы широко используются в ветроэнергетике. Большинство ранних ветряных генераторов представляют собой генераторы WT с фиксированной скоростью, а индукционный генератор работает с постоянной скоростью.Использование генераторов WT с переменной скоростью и постоянной частотой, таких как DFIG, является основным направлением в недавно построенных ветряных электростанциях. Однако модели разных индукционных генераторов похожи, что можно записать следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнение ускорения:

уравнения напряжения статора: где и — эквивалентное напряжение ротора при следующих условиях: для генераторов WT с фиксированной частотой вращения — напряжение ротора, а для генераторов WT с регулируемой частотой вращения — с постоянной частотой, которые могут подавать напряжение на ротор через преобразователь на стороне ротора, — напряжение ротора.

6. Анализ моделирования

Упрощенная электросеть, которая содержит составную нагрузку и ветрогенератор, как показано на рисунке 3, построена в Matlab / Simulink для тестирования производительности новой упрощенной модели асинхронной машины с учетом частотных характеристик. В таблицах 1 и 2 перечислены параметры этой системы моделирования. Электросеть представляет собой изолированную энергосистему мощностью 300 кВт. Нагрузка этой энергосистемы состоит из статической нагрузки (ЗИП) и асинхронного асинхронного двигателя, которые потребляют всю выходную мощность ветрогенератора во время нормальной работы.Синхронный генератор используется в качестве фазового преобразователя для поддержания напряжения в системе. Конденсаторы общей емкостью 75 квар используются для выработки реактивной мощности.


п. Значение Единица Пара. Значение Единица

0,0092 о.е. 0,0717 о.е.
0.0717 о.у. 4 с
3,5 о.е.


п. Значение Единица Пара. Значение Единица

0.016 о.у. 4 с
0,06 о.е.
0,015 о.и. 10 м / с
0,06 о.е. новой упрощенной переходной модели третьего порядка асинхронной машины (как асинхронного двигателя, так и ветрогенератора) при уменьшении скорости ветра и повреждении электрической нагрузки.Во время возмущения колеблется выходная мощность ветрогенератора, а также потребляемая мощность моторной машины. Когда сбой устранен, система питания восстановит стабильность. С двумя моделями нельзя прийти к противоположным выводам.

6.1. Случай A

В первом случае предполагается, что начальная нагрузка составляет 200 кВт, которая внезапно увеличивается до 300 кВт примерно за 0,2 с, а затем возвращается к 200 кВт. На рисунке 4 показано, что частота системы уменьшается в ответ на внезапное увеличение нагрузки, а производная частоты показана на рисунке 5.Впоследствии система достигает новой стабильной рабочей точки, и частота медленно восстанавливается после очевидного колебания.



На рисунках 6, 7, 8 и 9 показано сравнение выходной активной и реактивной мощности традиционной упрощенной модели переходных процессов третьего порядка, новой упрощенной модели переходных процессов третьего порядка и подробной модели Парка асинхронного двигателя и ветрогенератора. По мере увеличения нагрузки ветрогенератор вырабатывает больше активной мощности и поглощает больше реактивной мощности.Показано, что выходная мощность новой упрощенной модели переходных процессов третьего порядка с учетом частоты более точна, чем выходная мощность традиционной упрощенной модели переходных процессов третьего порядка, и почти совпадает с выходной мощностью модели Парка.





В таблице 3 показаны накопленные ошибки между традиционной упрощенной переходной моделью третьего порядка и новой упрощенной переходной моделью третьего порядка по сравнению с подробной моделью (модель Парка).Показано, что ошибка между новой упрощенной переходной моделью с учетом частоты и подробной моделью меньше, чем между традиционной упрощенной переходной моделью и подробной моделью.

Индукционный двигатель 0,07 0,07 0,07 0,07

Тип машины Относительная погрешность
Активная мощность Реактивная мощность
0.00962 0,020067
Новая упрощенная модель 0,000134 0,01213
Ветрогенератор
Традиционная упрощенная модель 0,0306382

6.2. Случай B

Возмущение скорости ветра используется для анализа влияния частоты во втором случае.Чтобы выделить колебания частоты в результате изменения скорости ветра, используются предполагаемые условия ветра с начальной скоростью ветра 10 м / с, которая падает до 7 м / с и восстанавливается до 10 м / с за 0,2 с, как показано на Рисунок 10. Рисунок 14 показывает выходную мощность генератора WT. На рисунке также показано, что генерируемая ветровая энергия уменьшается в ответ на уменьшение скорости ветра, и активная мощность асинхронного двигателя поглощает уменьшение при падении напряжения. На рисунке 11 показано, что частота системы быстро уменьшается из-за несбалансированного генерирования активной мощности и нагрузки и медленно восстанавливается, когда скорость ветра возвращается к 10 м / с.



На рисунках 12-15 показано сравнение выходной активной и реактивной мощности традиционной переходной модели третьего порядка, новой упрощенной переходной модели третьего порядка с учетом частоты и подробной модели Парка асинхронного двигателя и ветрогенератор. В новой упрощенной переходной модели третьего порядка с учетом частоты выходной сигнал асинхронного двигателя и ветрогенератора может лучше отслеживать выходные данные подробной модели (модель Парка).Ошибка активной мощности меньше ошибки реактивной мощности (см. Рисунки 13 и 15).





Таблица 4 показывает, что суммарная погрешность активной и реактивной мощности между новой упрощенной переходной моделью третьего порядка (как асинхронный двигатель, так и ветрогенератор) и моделью Парка меньше.

Индукционный двигатель

Тип машины Относительная погрешность
Активная мощность Реактивная мощность
0.016065 0,02318
Новая упрощенная модель 0,003851 0,006983
Ветрогенератор
Традиционная упрощенная модель 7 7 0,02119

7. Выводы

Предлагается новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка с учетом частотных характеристик асинхронной машины.Новая модель фокусируется на влиянии колебаний частоты на динамику энергосистемы. В новых определениях переменных напряжения за реактивным сопротивлением переопределяются как линейное уравнение потокосцепления. В результате уравнение напряжения ротора не связано с производными по частоте. Новая модель переходных процессов применима для моделирования динамики энергосистемы со значительным изменением частоты. Результаты моделирования подтверждают, что новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка эффективна и может более точно описывать динамику асинхронной машины в отличие от традиционной упрощенной модели переходных процессов третьего порядка.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (51137002), Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов (10B101-08), Открытым фондом Цзянсуской ключевой лаборатории технологий оборудования для передачи и распределения энергии (2011JSSPD11 ), Открытый фонд Чанчжоу ключевой лаборатории интеграции фотоэлектрических систем и технологий производственного оборудования и Научно-технический фонд Чанчжоу (CE20130043).

% PDF-1.3 % 670 0 объект > эндобдж xref 670 103 0000000016 00000 н. 0000002430 00000 н. 0000002643 00000 н. 0000002784 00000 н. 0000002815 00000 н. 0000002872 00000 н. 0000003625 00000 н. 0000003880 00000 н. 0000003947 00000 н. 0000004086 00000 н. 0000004192 00000 п. 0000004348 00000 п. 0000004408 00000 н. 0000004529 00000 н. 0000004709 00000 н. 0000004875 00000 н. 0000004992 00000 п. 0000005104 00000 п. 0000005229 00000 н. 0000005382 00000 п. 0000005477 00000 н. 0000005635 00000 п. 0000005737 00000 н. 0000005869 00000 н. 0000006012 00000 н. 0000006161 00000 п. 0000006294 00000 н. 0000006434 00000 н. 0000006575 00000 н. 0000006694 00000 н. 0000006806 00000 н. 0000006936 00000 н. 0000007101 00000 п. 0000007206 00000 н. 0000007340 00000 н. 0000007447 00000 н. 0000007593 00000 н. 0000007787 00000 н. 0000007885 00000 н. 0000008026 00000 н. 0000008190 00000 п. 0000008319 00000 н. 0000008476 00000 н. 0000008584 00000 н. 0000008681 00000 п. 0000008778 00000 н. 0000008898 00000 н. 0000008993 00000 н. 0000009089 00000 н. 0000009182 00000 н. 0000009275 00000 н. 0000009369 00000 н. 0000009463 00000 п. 0000009557 00000 н. 0000009651 00000 п. 0000009745 00000 н. 0000009839 00000 н. 0000009933 00000 н. 0000010027 00000 п. 0000010121 00000 п. 0000010215 00000 п. 0000010309 00000 п. 0000010404 00000 п. 0000010498 00000 п. 0000010593 00000 п. 0000010772 00000 п. 0000010972 00000 п. 0000012059 00000 п. 0000013162 00000 п. 0000013355 00000 п. 0000013644 00000 п. 0000013875 00000 п. 0000013940 00000 п. 0000014166 00000 п. 0000016036 00000 п. 0000016246 00000 п. 0000017337 00000 п. 0000017728 00000 п. 0000017974 00000 п. 0000018342 00000 п. 0000018365 00000 п. 0000018575 00000 п. 0000019670 00000 п. 0000020351 00000 п. 0000021500 00000 н. 0000021522 00000 п. 0000022580 00000 п. 0000022603 00000 п. 0000023725 00000 п. 0000023748 00000 п. 0000024881 00000 п. 0000024903 00000 п. 0000025914 00000 п. 0000025936 00000 п. 0000026142 00000 п. 0000026825 00000 п. 0000027872 00000 н. 0000027894 00000 н. 0000028963 00000 п. 0000028985 00000 п. 0000029125 00000 п. 0000002913 00000 н. 0000003603 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 671 0 объект > эндобдж 672 0 объект a_

Нагрузки трехфазного асинхронного двигателя на ветряной электрогенератор с переменной частотой на JSTOR

Abstract

Двигатель постоянного тока, приводящий в действие генератор переменного тока, был использован для моделирования асинхронного ветряного электрогенератора.Выход использовался для управления коммерческой установкой кондиционирования воздуха, содержащей герметичный трехфазный асинхронный двигатель. Кондиционер запустился легко, поскольку частота была увеличена с нуля и работала в пределах номинальных значений на всех частотах от нуля до 60 Гц. Единственное изменение от коммерческого оборудования, которое может быть желательным, — это регулируемый расширительный клапан на испарителе, который будет поддерживать постоянное давление перед испарителем с регулируемыми расходами. Это позволит поддерживать температуру испарителя лучше, чем обычно используемый фиксированный расширительный клапан.

Journal Information

Постоянно публикуемый с 1977 года, Wind Engineering является старейшим и наиболее авторитетным рецензируемым англоязычным журналом, полностью посвященным ветроэнергетике. Под руководством выдающегося редактора и редакционной коллегии Wind Engineering выходит раз в два месяца с полностью рецензируемыми вкладами активных деятелей в этой области, книжными заметками и резюме наиболее интересных статей из других источников.В Wind Engineering публикуются статьи по аэродинамике роторов и лопастей; подсистемы и узлы машин; дизайн; тестовые программы; производство и передача электроэнергии; методы измерения и регистрации; установки и приложения; а также экономические, экологические и правовые аспекты. Ветроэнергетика представляет огромную ценность для всех, кто связан с ветром как источником энергии

Информация об издателе

Сара Миллер МакКьюн основала SAGE Publishing в 1965 году для поддержки распространения полезных знаний и просвещения мирового сообщества.SAGE — ведущий международный поставщик инновационного высококачественного контента, ежегодно публикующий более 900 журналов и более 800 новых книг по широкому кругу предметных областей. Растущий выбор библиотечных продуктов включает архивы, данные, тематические исследования и видео. Контрольный пакет акций SAGE по-прежнему принадлежит нашему основателю, и после ее жизни она перейдет в собственность благотворительного фонда, который обеспечит дальнейшую независимость компании. Основные офисы расположены в Лос-Анджелесе, Лондоне, Нью-Дели, Сингапуре, Вашингтоне и Мельбурне.www.sagepublishing.com

IRJET — Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, Март 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своего Система менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 3 (март-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 3, март 2021 Публикация в процессе …

Просмотр Документы


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.


Двигатели переменного тока, контроллеры и частотно-регулируемые приводы

Что такое двигатель переменного тока?

Основные сведения о двигателе переменного тока

Стандартное определение двигателя переменного тока — это электродвигатель, приводимый в действие переменным током. Двигатель переменного тока используется для преобразования электрической энергии в механическую. Эта механическая энергия создается за счет использования силы, создаваемой вращающимися магнитными полями, создаваемыми переменным током, протекающим через его катушки.Двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: неподвижного статора, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутреннего ротора, который прикреплен к выходному валу.

Как работает двигатель переменного тока?

Основная работа двигателя переменного тока основана на принципах магнетизма. Простой двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменного тока) прикладывается к катушке с проволокой, она становится электромагнитом, генерирующим магнитное поле.Проще говоря, когда магниты взаимодействуют, вал и катушка проводов начинают вращаться, приводя в движение двигатель.


Обратная связь двигателя переменного тока

Продукты

AC Motor имеют два варианта управления с обратной связью. Этими вариантами являются либо резольвер двигателя переменного тока, либо энкодер двигателя переменного тока. И резольвер двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока могут определять направление, скорость и положение выходного вала. Хотя и преобразователь двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока предлагают одно и то же решение для различных приложений, они сильно различаются.

В резольверах двигателей переменного тока используется второй набор катушек статора, называемый трансформатором, для создания напряжения на роторе в воздушном зазоре. Поскольку в резольвере отсутствуют электронные компоненты, он очень прочный и работает в широком диапазоне температур. Резольвер двигателя переменного тока также естественно устойчив к ударам благодаря своей конструкции. Резольвер часто используется в суровых условиях.

В оптическом кодировщике электродвигателя переменного тока используется затвор, который вращается для прерывания луча света, пересекающего воздушный зазор между источником света и фотодетектором.Вращение заслонки со временем вызывает износ энкодера. Этот износ снижает долговечность и надежность оптического кодировщика.

Тип приложения определяет, нужен ли преобразователь или кодировщик. Энкодеры двигателей переменного тока проще в реализации и более точны, поэтому им следует отдавать предпочтение в любом приложении. Резолвер следует выбирать только в том случае, если этого требует среда, в которой он будет использоваться.

Основные типы двигателей переменного тока

Электродвигатель переменного тока бывает трех различных типов: индукционный, синхронный и промышленный.Эти типы двигателей переменного тока определяются конструкцией ротора, используемого в конструкции. В линейке продуктов Anaheim Automation представлены все три типа.

Асинхронный двигатель переменного тока


Асинхронные двигатели переменного тока называются асинхронными двигателями или вращающимися трансформаторами. Этот тип двигателя переменного тока использует электромагнитную индукцию для питания вращающегося устройства, которым обычно является вал. Ротор в асинхронных двигателях переменного тока обычно вращается медленнее, чем его частота.Наведенный ток — это то, что вызывает магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей. Этот асинхронный двигатель переменного тока имеет одну или три фазы.

Синхронный двигатель переменного тока

Синхронный двигатель обычно представляет собой двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и переменный ток, который к нему подводится. Ротор также может вращаться со скоростью, кратной величине подаваемого на него тока. Контактные кольца или постоянный магнит, на который подается ток, создают магнитное поле вокруг ротора.

Промышленный двигатель переменного тока


Промышленные двигатели переменного тока разработаны для применений, требующих трехфазного асинхронного двигателя большой мощности. Номинальная мощность промышленного двигателя превышает номинальную мощность стандартного однофазного асинхронного двигателя переменного тока. Anaheim Automation предлагает промышленные электродвигатели переменного тока мощностью от 220 до 2200 Вт в трехфазном режиме при 220 или 380 В переменного тока.

Где используются двигатели переменного тока?

В каких отраслях используются двигатели переменного тока?

Асинхронные двигатели в основном используются в быту из-за их относительно низких производственных затрат и долговечности, но также широко используются в промышленных приложениях.

Для каких применений используются двигатели переменного тока?

Двигатели переменного тока можно найти во многих бытовых приборах и приложениях, в том числе:
— Часы
— Электроинструменты
— Дисковые накопители
— Стиральные машины и другая бытовая техника
— Аудиопроигрыватели
— Вентиляторы

Их также можно найти в промышленности:
— Насосы
— Воздуходувки
— Конвейеры
— Компрессоры

Как управляются двигатели переменного тока?

Контроллеры переменного тока:

Основы

Контроллер переменного тока (иногда называемый драйвером) известен как устройство, контролирующее скорость двигателя переменного тока.Контроллер переменного тока может также называться частотно-регулируемым приводом, приводом с регулируемой скоростью, преобразователем частоты и т. Д. Двигатель переменного тока получает мощность, которая в конечном итоге преобразуется контроллером переменного тока в регулируемую частоту. Этот регулируемый выход позволяет точно контролировать скорость двигателя.

Компоненты контроллера переменного тока

Обычно контроллер переменного тока состоит из трех основных частей: выпрямителя, инвертора и звена постоянного тока для их соединения.Выпрямитель преобразует входной переменный ток в постоянный ток (постоянный ток), а инвертор переключает постоянное напряжение на выходное переменное напряжение с регулируемой частотой. Инвертор также можно использовать для управления выходным током, если это необходимо. И выпрямитель, и инвертор управляются набором элементов управления для генерации определенного количества переменного напряжения и частоты, чтобы соответствовать системе двигателя переменного тока в данный момент времени.

Приложения

Контроллер переменного тока может использоваться во многих различных промышленных и коммерческих приложениях.Контроллер переменного тока, который чаще всего используется для управления вентиляторами в системах кондиционирования и отопления, позволяет лучше контролировать воздушный поток. Контроллер переменного тока также помогает регулировать скорость насосов и воздуходувок. В последнее время применяются конвейеры, краны и подъемники, станки, экструдеры, линии для производства пленки и прядильные машины для текстильного волокна.

Преимущества и недостатки

Преимущества
— Увеличивает срок службы двигателя за счет высокого коэффициента мощности
— Экономичное регулирование скорости
— Оптимизация пусковых характеристик двигателя
— Более низкие затраты на обслуживание, чем при управлении постоянным током

Недостатки
— Вырабатывает большое количество тепла и гармоник

История

Никола Тесла изобрел первый асинхронный двигатель переменного тока в 1888 году, представив более надежный и эффективный двигатель, чем двигатель постоянного тока.Однако регулирование скорости переменного тока было сложной задачей. Когда требовалось точное управление скоростью, двигатель постоянного тока стал заменой двигателя переменного тока из-за его эффективных и экономичных средств точного управления скоростью. Только в 1980-х годах регулятор скорости переменного тока стал конкурентом. Со временем технология привода переменного тока в конечном итоге превратилась в недорогого и надежного конкурента традиционному управлению постоянным током. Теперь контроллер переменного тока может управлять скоростью с полным крутящим моментом, достигаемым от 0 об / мин до максимальной номинальной скорости.

Частотно-регулируемые приводы

Основы

Частотно-регулируемый привод — это особый тип привода с регулируемой скоростью, который используется для управления скоростью двигателя переменного тока. Чтобы управлять скоростью вращения двигателя, частотно-регулируемый привод регулирует частоту подаваемой на него электроэнергии. Добавление частотно-регулируемого привода к приложению позволяет регулировать скорость двигателя в соответствии с нагрузкой двигателя, что в конечном итоге позволяет экономить энергию.Частотно-регулируемый привод, обычно используемый во множестве приложений, работает в системах вентиляции, насосах, конвейерах и приводах станков.

Как работает частотно-регулируемый привод

Когда полное напряжение подается на двигатель переменного тока, он сначала ускоряет нагрузку и снижает крутящий момент, сохраняя ток особенно высоким, пока двигатель не достигнет полной скорости. Частотно-регулируемый привод работает иначе; он устраняет чрезмерный ток, контролируемое повышение напряжения и частоты при запуске двигателя.Это позволяет двигателю переменного тока генерировать до 150% своего номинального крутящего момента, который потенциально может быть создан с самого начала, вплоть до полной скорости, без потерь энергии. Частотно-регулируемый привод преобразует мощность через три различных этапа. Сначала мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока, после чего включаются и выключаются силовые транзисторы, вызывая форму волны напряжения на желаемой частоте. Эта форма сигнала затем регулирует выходное напряжение в соответствии с предпочтительным обозначенным значением.

Физические свойства

Обычно система частотно-регулируемого привода включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.Трехфазный асинхронный двигатель чаще всего применяется в частотно-регулируемом приводе, поскольку он обеспечивает универсальность и экономичность по сравнению с однофазным или синхронным двигателем. Хотя в некоторых случаях они могут быть полезными, в системе частотно-регулируемого привода часто используются двигатели, предназначенные для работы с фиксированной скоростью.

Интерфейсы оператора частотно-регулируемого привода позволяют пользователю регулировать рабочую скорость, а также запускать и останавливать двигатель. Интерфейс оператора может также позволить пользователю переключаться и реверсировать между автоматическим управлением или ручным регулированием скорости.

Преимущества частотно-регулируемого привода

— Температуру технологического процесса можно контролировать без отдельного контроллера
— Низкие затраты на обслуживание
— Более длительный срок службы двигателя переменного тока и другого оборудования
— Более низкие эксплуатационные расходы
— Оборудование в системе, с которым невозможно справиться чрезмерный крутящий момент защищен

Типы частотно-регулируемых приводов

Существует три распространенных частотно-регулируемых привода (VFD), которые обладают как преимуществами, так и недостатками в зависимости от приложения, для которого они используются.Три распространенных конструкции VFD включают: инвертор источника тока (CSI), инвертор источника напряжения (VSI) и широтно-импульсную модуляцию (PWM). Однако существует четвертый тип частотно-регулируемого привода, называемый векторным приводом потока, который становится все более популярным среди конечных пользователей благодаря своей функции управления с обратной связью. Каждый частотно-регулируемый привод состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора, но конструкция каждого из них зависит от привода. Хотя секции каждого частотно-регулируемого привода похожи, они требуют изменения схемы в том, как они подают частоту и напряжение на двигатель.

Инвертор источника тока (CSI)

Инвертор источника тока (CSI) — это тип преобразователя частоты (VFD), который преобразует входящее напряжение переменного тока и изменяет частоту и напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель переменного тока. Общая конфигурация этого типа частотно-регулируемого привода аналогична конфигурации других частотно-регулируемых приводов в том, что он состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора. В преобразовательной части CSI используются кремниевые выпрямители (SCR), тиристоры с коммутацией затвора (GCT) или симметричные тиристоры с коммутацией затвора (SGCT) для преобразования входящего переменного напряжения в переменное постоянное напряжение.Для поддержания правильного соотношения напряжения и частоты (Вольт / Герц) напряжение должно регулироваться путем правильной последовательности SCR. В звене постоянного тока для этого типа частотно-регулируемого привода используется индуктор для регулирования пульсаций тока и для хранения энергии, используемой двигателем. Инвертор, который отвечает за преобразование постоянного напряжения обратно в синусоидальную форму сигнала переменного тока, состоит из SCRS, тиристоров отключения затвора (GTO) или симметричных тиристоров с коммутацией затвора (SGCT). Эти тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выхода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение на двигателе.Частотно-регулируемые приводы CSI регулируют ток, для работы требуется большой внутренний индуктор и нагрузка двигателя. Важным примечанием к конструкциям ЧРП CSI является требование входных и выходных фильтров, которые необходимы из-за высоких гармоник на входе мощности и низкого коэффициента мощности. Чтобы обойти эту проблему, многие производители используют либо входные трансформаторы, либо реакторы и фильтры гармоник в точке общего соединения (электрическая система пользователя, подключенная к приводу), чтобы уменьшить влияние гармоник на систему привода.Из обычных приводных систем с частотно-регулируемым приводом, частотно-регулируемые приводы CSI являются единственным типом приводов, которые имеют возможность рекуперации энергии. Возможность рекуперации энергии означает, что мощность, передаваемая от двигателя обратно к источнику питания, может быть поглощена.

Преимущества CSI

• Возможность рекуперации энергии
• Простая схема
• Надежность (операция ограничения тока)
• Чистая форма кривой тока

Недостатки CSI

• Зубцы двигателя, когда выходная частота ШИМ ниже 6 Гц
• Используемые индукторы большие и дорогостоящие
• Генерация больших гармоник мощности отправляется обратно в источник питания
• Зависит от нагрузки двигателя
• Низкий коэффициент входной мощности

Инвертор источника напряжения (VSI)

Секция преобразователя VSI аналогична секции преобразователя CSI в том, что входящее напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока.Отличие от секции преобразователя CSI и VSI заключается в том, что VSI использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. В звене постоянного тока VSI используются конденсаторы для сглаживания пульсаций постоянного напряжения, а также для хранения энергии для системы привода. Секция инвертора состоит из биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), тиристоров с изолированным затвором (IGCT) или транзисторов с инжекционным затвором (IEGT). Эти транзисторы или тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выходного сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.

Преимущества VSI

• Простая схема
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей
• Не зависит от нагрузки

Недостатки VSI

• Генерация больших гармоник мощности в источнике питания
• Зубчатая передача двигателя, когда выходная мощность ШИМ ниже 6 Гц
• Безрегенеративный режим
• Низкий коэффициент мощности

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Привод с частотно-регулируемым приводом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) является одним из наиболее часто используемых контроллеров и доказал свою эффективность с двигателями мощностью от 1/2 до 500 л.с.Большинство частотно-регулируемых приводов с ШИМ рассчитаны на работу в трехфазном режиме 230 В или 460 В и обеспечивают выходные частоты в диапазоне 2–400 Гц. Как и VSI VFD, PWM VFD использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования входящего переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока используются конденсаторы большой емкости для устранения пульсаций, возникающих после выпрямителя, и создания стабильного напряжения на шине постоянного тока. Шестиступенчатый инверторный каскад этого драйвера использует IGBT высокой мощности, которые включаются и выключаются для регулирования частоты и напряжения двигателя. Эти транзисторы управляются микропроцессором или ИС двигателя, который контролирует различные аспекты привода, чтобы обеспечить правильную последовательность.В результате на двигатель выводится сигнал синусоидальной формы. Так как же включение и выключение транзистора помогает создать синусоидальный выходной сигнал? Изменяя ширину импульса напряжения, вы получаете среднюю мощность, которая представляет собой напряжение, подаваемое на двигатель. Частота, подаваемая на двигатель, определяется количеством переходов из положительного положения в отрицательное в секунду.

Преимущество ШИМ

• Отсутствие зубчатого зацепления двигателя
• КПД от 92% до 96%
• Превосходный коэффициент входной мощности благодаря фиксированному напряжению на шине постоянного тока
• Низкая начальная стоимость
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей

Недостатки ШИМ

• Безрегенерационный режим
• Высокочастотное переключение может вызвать нагрев двигателя и пробой изоляции

Как выбрать двигатель переменного тока

Чтобы выбрать подходящий двигатель переменного тока для конкретного применения, необходимо определить основные характеристики.Рассчитайте требуемый момент нагрузки и рабочую скорость. Помните, что асинхронные и реверсивные двигатели нельзя регулировать; они требуют редуктора. Если это необходимо, выберите подходящее передаточное число. Затем определите частоту и напряжение питания двигателя.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателя переменного тока
— Низкая стоимость
— Длительный срок службы
— Высокая эффективность и надежность
— Простая конструкция
— Высокий пусковой момент (индукция)
— Отсутствие скольжения (синхронное)

Недостатки двигателя переменного тока
— Частота вызывает проскальзывания вращения (индукция)
— Необходим пусковой выключатель (индукция)

Поиск и устранение неисправностей двигателя переменного тока

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Техническая помощь в отношении продуктовой линейки двигателей переменного тока, а также всех продуктов, производимых или распространяемых Anaheim Automation, предоставляется бесплатно.Эта помощь предлагается, чтобы помочь клиенту в выборе продуктов Anaheim Automation для конкретного применения. Во всех случаях ответственность за определение пригодности индивидуального двигателя переменного тока для конкретной конструкции системы лежит исключительно на заказчике. Несмотря на то, что прилагаются все усилия, чтобы дать надежные рекомендации относительно линейки продуктов AC Motor, а также других продуктов для управления движением, а также для точного предоставления технических данных и иллюстраций, такие советы и документы предназначены только для справки и могут быть изменены без предварительного уведомления.

Для устранения неполадок в системе двигателя и контроллера переменного тока могут быть предприняты следующие шаги:

Шаг 1. Проверьте запах двигателя. При появлении запаха гари немедленно замените двигатель.

Шаг 2: Проверьте входное напряжение двигателя. Убедитесь, что провода не повреждены и подключен надлежащий источник питания.

Шаг 3. Прислушайтесь к громкой вибрации или скрипу. Такие шумы могут указывать на повреждение или износ подшипников. Если возможно, смажьте подшипники, в противном случае замените двигатель полностью.

Шаг 4: Проверить на перегрев. С помощью сжатого воздуха очистите двигатель от мусора, дайте ему остыть и перезапустите.

Шаг 5: Двигатели переменного тока, которые пытаются запуститься, но выходят из строя, могут быть признаком плохого пускового конденсатора. Проверьте наличие каких-либо признаков утечки масла и замените конденсатор, если это так.

Шаг 6: Убедитесь, что приложение, в котором вращается двигатель, не заблокировано. Для этого отсоедините механизм и попробуйте запустить двигатель самостоятельно.

Сколько стоят изделия с электродвигателями переменного тока?

Двигатель переменного тока может быть разумным экономичным решением для ваших требований. Конструкционные материалы и конструкция двигателя делают системы двигателей переменного тока доступным решением. Двигатель переменного тока работает с вращающимся магнитным полем и не использует щеток. Это позволяет снизить стоимость двигателя и исключает компонент, который может со временем изнашиваться. Для работы двигателей переменного тока не требуется драйвер.Это экономит начальные затраты на установку. Сегодняшние производственные процессы делают производство двигателей переменного тока проще и быстрее, чем когда-либо. Статор изготовлен из тонких пластин, которые можно прессовать или штамповать на станке с ЧПУ. Многие другие детали можно быстро изготовить и усовершенствовать, сэкономив время и деньги! Anaheim Automation предлагает на выбор полную линейку продукции для двигателей переменного тока.

Физические свойства двигателя переменного тока


Обычно двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: статора и ротора.Статор — это неподвижная часть двигателя, состоящая из нескольких тонких пластин, намотанных изолированным проводом, образующих сердечник.

Ротор соединен с выходным валом изнутри. Наиболее распространенным типом ротора, используемого в двигателях переменного тока, является ротор с короткозамкнутым ротором, названный в честь его сходства с колесами для упражнений на грызунах.

Статор устанавливается внутри корпуса двигателя, ротор установлен внутри, и между ними имеется зазор, отделяющий их от соприкосновения друг с другом. Кожух представляет собой корпус двигателя, содержащий два подшипниковых узла.

Формулы для двигателя переменного тока

Синхронная скорость:

Частота:

Количество полюсов:

Мощность в лошадиных силах:

Двигатель

Глоссарий двигателей переменного тока

Двигатель переменного тока — Электродвигатель, приводимый в действие переменным током, а не постоянным.

Переменный ток — Электрический заряд, который часто меняет направление (противоположно постоянному току, с зарядом только в одном направлении).

Центробежный переключатель — Электрический переключатель, который регулирует скорость вращения вала, работающий за счет центробежной силы, создаваемой самим валом.

Передаточное число — Передаточное число, при котором скорость двигателя уменьшается редуктором. Скорость на выходном валу равна 1 передаточному отношению x скорость двигателя.

Инвертор — Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Реверс выпрямителя.

Асинхронный двигатель — Может упоминаться как асинхронный двигатель; тип двигателя переменного тока, в котором электромагнитная индукция питает ротор. Для создания крутящего момента требуется скольжение.

Скорость холостого хода — Обычно ниже синхронной скорости, это скорость, когда двигатель не несет нагрузки.

Номинальная скорость — Скорость двигателя при номинальной выходной мощности.Обычно самая востребованная скорость.

Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный в двигателе. Они могут использоваться в качестве компонента источника питания или могут обнаруживать радиосигналы. Обычно выпрямители могут состоять из твердотельных диодов, ртутных дуговых клапанов или других веществ. Реверс инвертора.

Выпрямление — Процесс преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя в двигателе переменного тока.

Асинхронный двигатель с разделенной фазой — Двигатели, которые могут создавать больший пусковой крутящий момент за счет использования центробежного переключателя в сочетании со специальной пусковой обмоткой.

Момент опрокидывания — Максимальный крутящий момент, с которым двигатель может работать, при определенном напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя.

Пусковой крутящий момент — крутящий момент, который мгновенно создается при запуске двигателя. Двигатель не будет работать, если нагрузка трения превышает крутящий момент.

Статический момент трения — Когда двигатель останавливается, например, тормозом, это выходной крутящий момент, необходимый для удержания нагрузки при остановке двигателя.

Синхронный двигатель — В отличие от асинхронного двигателя, он может создавать крутящий момент с синхронной скоростью без скольжения.

Синхронная скорость — Обозначается скоростью в минуту, это внутренний фактор, определяемый количеством полюсов и частотой сети.

Привод с регулируемой скоростью — Оборудование, используемое для управления частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель переменного тока, с целью управления его скоростью вращения.

Блок-схема для систем, в которых используется двигатель переменного тока

Срок службы двигателя переменного тока

Двигатели переменного тока

Anaheim Automation обычно имеют срок службы около 10 000 часов работы, если двигатели работают в надлежащих условиях и в соответствии со спецификациями.

Требуемое обслуживание двигателя переменного тока

Профилактическое обслуживание — ключ к долговечной системе электродвигателя переменного тока.Следует проводить плановую проверку. Всегда проверяйте двигатель переменного тока на предмет загрязнения и коррозии. Грязь и мусор могут закупорить воздушные каналы и уменьшить поток воздуха, что в конечном итоге приведет к сокращению срока службы изоляции и возможному отказу двигателя. Если мусор не виден явно, убедитесь, что поток воздуха постоянный и не слабый. Это также может указывать на засорение. Во влажной, влажной или влажной среде проверьте клеммы в распределительной коробке на предмет коррозии и при необходимости отремонтируйте.

Прислушайтесь к чрезмерному шуму или вибрации и почувствуйте чрезмерное нагревание.Это может указывать на необходимость смазки подшипников. Примечание: Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к грязи и маслам, забивающим воздушный поток. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.

Примечание. Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к загрязнению и засорению потоком воздуха маслами. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.

Электропроводка двигателя переменного тока

Следующая информация предназначена в качестве общего руководства для электромонтажа линейки двигателей переменного тока Anaheim Automation. Имейте в виду, что при прокладке силовой и сигнальной проводки на машине или системе излучаемый шум от близлежащих реле, трансформаторов и других электронных устройств может индуцироваться в двигателе переменного тока и сигналах энкодера, каналах ввода / вывода и других чувствительных низковольтных устройствах. сигналы. Это может вызвать сбои в системе.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть. Соблюдайте особую осторожность при обращении, подключении, тестировании и регулировке во время установки, настройки, настройки и эксплуатации. Не делайте чрезмерных корректировок или изменений в параметрах системы двигателя переменного тока, которые могут вызвать механическую вибрацию и привести к поломке и / или потерям. После того, как система электродвигателя переменного тока подключена, не запускайте ее путем прямого включения / выключения источника питания. Частое включение / выключение питания приведет к быстрому старению компонентов системы, что сократит срок службы системы электродвигателя переменного тока.

Строго соблюдайте следующие правила:

• Следуйте схеме подключения к каждому двигателю переменного тока и / или контроллеру.
• Прокладывайте силовые кабели высокого напряжения отдельно от силовых кабелей низкого напряжения.
• Отделите входную силовую проводку и силовые кабели двигателя переменного тока от проводки управления и кабелей обратной связи двигателя. Сохраняйте это разделение на всем протяжении провода.
• Используйте экранированный кабель для силовой проводки и обеспечьте заземленное зажимное соединение на 360 градусов к стене корпуса.Оставьте на вспомогательной панели место для изгибов проводов.
• Сделайте все кабельные трассы как можно короче.
• Обеспечьте достаточный воздушный поток
• Сохраняйте окружающую среду как можно более чистой

ПРИМЕЧАНИЕ: Кабели заводского изготовления рекомендуются для использования в наших системах двигателей переменного тока. Эти кабели приобретаются отдельно и предназначены для минимизации электромагнитных помех. Эти кабели рекомендуется использовать вместо кабелей, изготовленных заказчиком, чтобы оптимизировать работу системы и обеспечить дополнительную безопасность для системы электродвигателя переменного тока, а также для пользователя.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Во избежание поражения электрическим током выполните все монтажные и электромонтажные работы двигателя переменного тока перед подачей питания. После подачи питания на соединительные клеммы может присутствовать напряжение.

Крепление двигателя переменного тока

Следующая информация предназначена в качестве общего руководства по установке и монтажу системы электродвигателя переменного тока. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть.Соблюдайте особую осторожность при обращении, тестировании и регулировке во время установки, настройки и эксплуатации. При установке и монтаже очень важно учитывать проводку двигателя переменного тока. Субпанели, устанавливаемые внутри корпуса для монтажа компонентов системы, должны иметь плоскую жесткую поверхность, не подверженную ударам, вибрации, влаге, маслу, парам или пыли. Помните, что двигатель переменного тока выделяет тепло во время работы; поэтому при проектировании компоновки системы следует учитывать рассеивание тепла.Размер корпуса не должен превышать максимально допустимую температуру окружающей среды. Рекомендуется устанавливать двигатель переменного тока в положение, обеспечивающее достаточный воздушный поток. Электродвигатель переменного тока должен быть устойчиво закреплен и надежно закреплен.

ПРИМЕЧАНИЕ: Между электродвигателем переменного тока и любыми другими устройствами, установленными в системе / электрической панели или шкафу, должно быть не менее 10 мм.

Чтобы соответствовать требованиям UL и CE, система электродвигателя переменного тока должна быть заземлена в заземленном проводящем корпусе, обеспечивающем защиту, как определено в стандарте EN 60529 (IEC 529) до IP55, таким образом, чтобы они были недоступны для оператора или неквалифицированного человека. .Как и любую движущуюся часть системы, двигатель переменного тока следует держать вне досягаемости оператора. Корпус NEMA 4X превосходит эти требования, обеспечивая степень защиты IP66. Чтобы улучшить соединение между шиной питания и субпанелью, сделайте субпанель из оцинкованной (не содержащей краски) стали. Кроме того, настоятельно рекомендуется защитить систему электродвигателя переменного тока от электрических помех. Шум от сигнальных проводов может вызвать механическую вибрацию и неисправности.

Экологические аспекты двигателя переменного тока

Следующие меры по охране окружающей среды и безопасности должны соблюдаться на всех этапах эксплуатации, обслуживания и ремонта системы электродвигателя переменного тока.Несоблюдение этих мер предосторожности нарушает стандарты безопасности при проектировании, производстве и предполагаемом использовании двигателя переменного тока. Обратите внимание, что даже правильно построенная система электродвигателя переменного тока, неправильно установленная и эксплуатируемая, может быть опасной. Пользователь должен соблюдать меры предосторожности в отношении нагрузки и условий эксплуатации. В конечном итоге заказчик несет ответственность за правильный выбор, установку и работу двигателя переменного тока и / или регулятора скорости.

Атмосфера, в которой используется двигатель переменного тока, должна способствовать соблюдению общих правил работы с электрическим / электронным оборудованием.Не эксплуатируйте систему электродвигателя переменного тока в присутствии легковоспламеняющихся газов, пыли, масла, пара или влаги. При использовании вне помещений двигатель переменного тока должен быть защищен от атмосферных воздействий соответствующей крышкой, обеспечивая при этом достаточный поток воздуха и охлаждение. Влага может вызвать опасность поражения электрическим током и / или вызвать поломку системы. Следует уделять должное внимание недопущению попадания любых жидкостей и паров. Свяжитесь с заводом-изготовителем, если ваше приложение требует определенных IP-адресов. Разумно устанавливать двигатель переменного тока в среде, свободной от конденсации, электрических шумов, вибрации и ударов.

Кроме того, предпочтительно работать с системой электродвигателя переменного тока в нестатической защитной среде. Открытые цепи всегда должны быть надлежащим образом ограждены и / или закрыты для предотвращения несанкционированного контакта человека с цепями под напряжением. Никакие работы не должны выполняться при включенном питании.

НЕ подключайте и не отключайте питание при включенном питании. После выключения питания подождите не менее 5 минут, прежде чем проводить инспекционные работы в системе двигателя переменного тока, потому что даже после отключения питания в конденсаторах внутренней цепи системы двигателя переменного тока будет оставаться некоторая электрическая энергия.
Спланируйте установку двигателя переменного тока в конструкции системы, свободной от мусора, такого как металлический мусор от резки, сверления, нарезания резьбы и сварки, или любого другого постороннего материала, который может контактировать с схемами системы. Если не предотвратить попадание мусора в систему двигателя переменного тока, это может привести к повреждению и / или поражению электрическим током.

История двигателя переменного тока

Изобретение двигателя переменного тока
Асинхронные двигатели переменного тока используются в отрасли уже более 20 лет.Идея двигателя переменного тока возникла у Николы Теслы в 1880-х годах. Никола Тесла заявил, что двигателям не нужны щетки для переключения ротора. Он сказал, что они могут быть вызваны вращающимся магнитным полем. Никола Тесла обнаружил использование переменного тока, который индуцирует вращающиеся магнитные поля. Тесла подал патент США номер 416194 на работу над двигателем переменного тока. Этот тип двигателя сегодня мы называем асинхронным двигателем переменного тока.

Развитие двигателя переменного тока
Двигатель переменного тока сделал себе имя благодаря простой конструкции, простоте использования, прочной конструкции и рентабельности для множества различных применений.Достижения в области технологий позволили производителям развить идею Telsa и обеспечили большую гибкость в регулировании скорости асинхронного двигателя переменного тока. От простого фазового управления до более надежных систем с обратной связью, использующих векторно-ориентированное управление полем; Двигатель переменного тока усовершенствовался за последние сто двадцать лет.

Принадлежности для двигателей переменного тока

Для двигателей переменного тока существует широкий выбор принадлежностей. Доступные аксессуары включают тормоз, сцепление, вентилятор, разъем и кабели. Дополнительные сведения и варианты см. На странице «Аксессуары» Anaheim Automation.

Тормоза двигателя переменного тока представляют собой систему 24 В постоянного тока. Эти тормоза идеально подходят для любых удерживающих устройств, которые вы можете использовать с электродвигателем переменного тока. Тормоза электродвигателя переменного тока имеют низковольтную конструкцию для приложений, которые подвержены разряду батареи, потере напряжения или длинной проводке.

Муфта двигателя переменного тока используется для управления крутящим моментом, прилагаемым к нагрузке. Муфту двигателя переменного тока также можно использовать для увеличения скорости нагрузки с высоким моментом инерции.Муфты идеально подходят для использования с электродвигателем переменного тока, когда вы хотите точно контролировать крутящий момент или медленно прикладывать мощность. Муфты электродвигателя переменного тока также помогают предотвратить резкие скачки тока.

Вентиляторы двигателей переменного тока используются для охлаждения двигателей. Обычно они не встречаются в небольших двигателях, потому что они не нужны, но чаще встречаются в более крупных асинхронных двигателях переменного тока из-за тепловыделения. Есть два типа вентиляторов, которые используются для двигателя переменного тока. Типы бывают внутренние и внешние вентиляторы. Вентиляторы электродвигателей переменного тока идеально подходят для использования, когда возникает проблема перегрева.

Кабели двигателя переменного тока могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с поставляемым разъемом двигателя переменного тока в соответствии с заданными спецификациями. Кабели также можно приобрести в компании Anaheim Automation.

Если двигатели переменного тока не идеальны для вашего применения, вы можете рассмотреть бесщеточные двигатели постоянного тока, щеточные двигатели постоянного тока, сервоприводы или шаговые двигатели и их совместимые драйверы / контроллеры. Наряду с двигателями переменного тока Anaheim Automation предлагает коробки передач и регуляторы скорости. Дополнительные продукты Anaheim Automation предлагает: энкодеры, HMI, муфты, кабели и соединители, линейные направляющие и столы X-Y.

Настройка двигателя переменного тока

Anaheim Automation была основана в 1966 году как производитель систем управления перемещением «под ключ». Его акцент на исследованиях и разработках обеспечил постоянное внедрение передовых продуктов управления движением, таких как линейка продуктов AC Motor. Сегодня Anaheim Automation занимает высокое место среди ведущих производителей и дистрибьюторов продукции для управления движением, и это положение усиливается ее отличной репутацией в области качественной продукции по конкурентоспособным ценам.Линия продуктов AC Motor не является исключением из целей компании.

Anaheim Automation предлагает широкий выбор стандартных двигателей переменного тока. Иногда OEM-заказчики со средним и большим количеством требований предпочитают иметь двигатель переменного тока, который настраивается или модифицируется в соответствии с их точными проектными требованиями. Иногда настройка настолько проста, как модификация вала, тормоз, масляное уплотнение для степени защиты IP65, установочные размеры, цвета проводов или этикетка. В других случаях заказчик может потребовать, чтобы двигатель переменного тока соответствовал идеальным характеристикам, таким как скорость, крутящий момент и / или напряжение.Для получения более подробной информации обсудите требования к вашему приложению с инженером по автоматизации в Анахайме.

Двигатель переменного тока Anaheim Automation

Инженеры

ценят то, что линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation может удовлетворить их стремление к творчеству, гибкости и эффективности системы. Покупатели ценят простоту «универсального магазина» и экономию затрат благодаря индивидуальной конструкции электродвигателя переменного тока, в то время как инженеры довольны тем, что Anaheim Automation уделяет особое внимание их конкретным системным требованиям.

Стандартная линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation представляет собой экономичное решение, поскольку они известны своей прочной конструкцией и отличными характеристиками. Значительный рост продаж компании явился результатом целенаправленного проектирования, дружелюбного обслуживания клиентов и профессиональной поддержки приложений, что часто превосходит ожидания клиентов в отношении выполнения их индивидуальных требований. Хотя значительная часть продаж двигателей переменного тока Anaheim Automation связана с особыми, индивидуальными требованиями или требованиями частной марки, компания гордится своей стандартной складской базой, расположенной в Анахайме, Калифорния, США.Чтобы сделать индивидуальную настройку двигателя переменного тока доступной, требуется минимальное количество и / или плата за непериодическое проектирование (NRE). Свяжитесь с заводом-изготовителем для получения подробной информации, если вам потребуется специальный двигатель переменного тока в конструкции вашей системы управления движением.

Все продажи индивидуализированного или модифицированного двигателя переменного тока не подлежат отмене и возврату, и для каждого запроса клиент должен подписать соглашение NCNR. Все продажи, включая индивидуальный двигатель переменного тока, осуществляются в соответствии со стандартными положениями и условиями Anaheim Automation и заменяют любые другие явно выраженные или подразумеваемые условия, включая, помимо прочего, любые подразумеваемые гарантии.

Anaheim Automation заказывает линейку продуктов AC Motor разнообразно: компании, эксплуатирующие или проектирующие автоматизированное оборудование или процессы, которые включают в себя пищевую, косметическую или медицинскую упаковку, маркировку или требования защиты от несанкционированного вскрытия, сборку, конвейер, погрузочно-разгрузочные работы, робототехнику, специальную киносъемку и т. Д. проекционные эффекты, медицинская диагностика, устройства контроля и безопасности, управление потоком насосов, изготовление металла (станки с ЧПУ) и модернизация оборудования. Многие OEM-заказчики просят, чтобы мы использовали двигатели переменного тока «частной торговой марки», чтобы их клиенты оставались верными им при обслуживании, замене и ремонте.

Тест двигателя переменного тока

Q: Какие три основных типа электродвигателей переменного тока предлагает Anaheim Automation?
A: Индукционные, синхронные и промышленные

Q: Каковы компоненты частотно-регулируемого привода?
A: Частотно-регулируемый привод включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.

Q: Какой двигатель обычно применяется в частотно-регулируемом приводе?
A: Трехфазный асинхронный двигатель

Q: Каковы основные компоненты двигателя переменного тока?
A: Стационарный статор, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутренний ротор, прикрепленный к выходному валу.

Q: Почему необходимо подключать конденсатор к асинхронному двигателю переменного тока?
A: Любой двигатель ACP-M, считающийся однофазным асинхронным двигателем, является двигателем с конденсаторным приводом. Следовательно, для его запуска необходимо создать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы создают источник питания с фазовым сдвигом, который необходим для создания необходимого вращательного магнитного поля. С другой стороны, трехфазные двигатели всегда подают питание с разными фазами, поэтому им не нужны конденсаторы.

Q: Что подразумевается под реверсивным двигателем, рассчитанным на 30 минут?
A: Двигатель рассчитан на оптимальную работу не более 30 минут. Если работать постоянно, двигатель перегорит.

Часто задаваемые вопросы о двигателях переменного тока:

В: Почему следует выбрать трехфазный двигатель вместо однофазного?
A: Однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10 л.с. (7,5 кВт) обычно не так распространены. Трехфазные двигатели менее вибрируют, что продлевает срок их службы по сравнению с однофазными двигателями той же мощности, используемыми в тех же условиях.

Q: В чем разница между частотно-регулируемым приводом и частотно-регулируемым приводом?
A: Приводы с переменной частотой (VFD) обычно относятся только к приводам переменного тока, в то время как приводы с регулируемой скоростью (VSD) могут относиться либо к приводу переменного тока, либо к приводу постоянного тока. VFD управляет скоростью двигателя переменного тока, изменяя частоту двигателя. С другой стороны, преобразователи частоты изменяют напряжение для управления двигателем постоянного тока.

Q: Могу ли я изменить направление вращения асинхронного двигателя переменного тока, если я подключил его, как показано в каталоге, например, ACP-M-4IK25N-AU?
A: Да, можно.Однако перед переключением направления убедитесь, что двигатель полностью остановлен. Если требуется немедленное реверсирование, реверсивный двигатель лучше подходит для данной области применения; например ACP-M-4RK25N-AU.

Q: Можно ли изменить скорость асинхронных двигателей переменного тока и реверсивных двигателей?
A: Частота источника питания определяет скорость однофазных (переменного тока) асинхронных и реверсивных двигателей. Если ваше приложение требует изменения скорости, рекомендуется использовать двигатель с регулировкой скорости.

Q: Будет ли временное хранение моего асинхронного двигателя переменного тока при температуре от 0 ° F до -20 ° F создавать какие-либо проблемы?
A: Резкие перепады температуры могут привести к конденсации влаги внутри двигателя. В этом случае компоненты могут заржаветь, что значительно сократит срок службы. Постарайтесь избежать образования конденсата.

В: Это плохо, если мой асинхронный двигатель переменного тока сильно нагревается?
A: При преобразовании электрической энергии во вращательное движение внутри двигателя выделяется тепло, что делает его горячим.Температура двигателя переменного тока равна повышению температуры, вызванному потерями в двигателе, плюс температура окружающей среды. Если температура окружающей среды составляет 85 ° F, а внутренние потери в двигателе составляют 90 ° F (32 ° C), поверхность двигателя будет 175 ° F (79 ° C). Это не типично для маленького мотора.

Q: Почему некоторые редукторы электродвигателя переменного тока выводят выходной сигнал противоположно двигателю, а другие — в том же направлении?
A: Редукторы снижают скорость двигателя от 1/3 до 1/180 (для асинхронных двигателей переменного тока.) Это снижение скорости является результатом использования нескольких передач; количество передач в зависимости от величины снижения скорости. Однако вращение последней шестерни определяет направление выходного вала.

Q: Подействуют ли на асинхронный двигатель переменного тока сильные колебания напряжения питания?
A: Напряжение источника питания влияет на крутящий момент, создаваемый двигателем. Крутящий момент примерно в два раза больше напряжения источника питания. Таким образом, при использовании двигателей с большими колебаниями напряжения питания важно помнить, что создаваемый крутящий момент будет изменяться.

Журналы, авторы, подписчики, издатели, оповещение

Наши журналы
Как крупный международный издатель академических и исследовательских журналов Science Alert издает и разрабатывает названия в партнерстве с самыми престижные научные общества и издатели. Наша цель заключается в том, чтобы максимально широко использовать качественные исследования. аудитория.
Для авторов
Мы прилагаем все усилия, чтобы поддержать исследователей которые публикуют в наших журналах.Есть масса информации здесь, чтобы помочь вам публиковаться вместе с нами, а также ценные услуги для авторов, которые уже публиковались у нас.
Подписчикам
2021 цены уже доступны. Ты может получить личную / институциональную подписку перечисленных журналы прямо из Science Alert.В качестве альтернативы вы возможно, пожелает связаться с выбранным вами агентством по подписке. Направляйте заказы, платежи и запросы в службу поддержки. в службу поддержки клиентов журнала Science Alert.
Для обществ
Science Alert гордится своей тесные и прозрачные отношения с обществом.В качестве некоммерческий издатель, мы стремимся к самым широким возможное распространение публикуемых нами материалов и на предоставление услуг высочайшего качества нашим издательские партнеры.
Справочный центр
Здесь вы найдете ответы на наиболее часто задаваемые вопросы (FAQ), которые мы получили по электронной почте или через контактную форму в Интернете.В зависимости от характера вопросов мы разделили часто задаваемые вопросы на разные категории.
База данных ASCI
Азиатский индекс научного цитирования (ASCI) стремится предоставить авторитетный, надежный и значимая информация по освещению наиболее важных и влиятельные журналы для удовлетворения потребностей мировых научное сообщество.База данных ASCI также предоставляет ссылку к полнотекстовым статьям до более чем 25000 записей с ссылка на цитированные ссылки.

Регулирование частоты промышленных двигателей



ЦЕЛИ ОБСУЖДЕНИЯ :

  • Объясните, как можно изменить скорость асинхронного двигателя с изменением частоты.
  • Обсудите различные методы управления частотой.
  • Обсудите меры предосторожности, которые необходимо предпринять при понижении частоты.
  • Определите термины нарастание и вольт на герц.

— — — —

Скорость трехфазного асинхронного двигателя может регулироваться либо изменение количества полюсов статора на фазу, как в случае с последующим полюсные двигатели, либо изменяя частоту подаваемого напряжения.

Оба метода изменяют синхронную скорость вращения магнитное поле. Диаграмма, показанная на рис. 1, показывает, что когда При изменении частоты происходит соответствующее изменение синхронной скорости.


Рис. 1 Синхронная скорость определяется количеством полюсов статора. на фазу и частоту.


Рис. 2 Генератор регулирует скорость нескольких асинхронных двигателей.

Однако изменение частоты вызывает соответствующее изменение индуктивного реактивное сопротивление обмоток (XL = 2pfL).Поскольку уменьшение частоты производит уменьшение индуктивного реактивного сопротивления, величина напряжения, приложенного к двигатель должен быть уменьшен пропорционально уменьшению частоты, чтобы для предотвращения перегрева обмоток из-за чрезмерного тока. Любой тип регулятора частоты также необходимо регулировать выходное напряжение с помощью изменение частоты. Есть два основных метода достижения переменной регулировка частоты: генератор и сплошной состояние .

Блок управления генератором

Генераторы переменного тока часто используются для управления скоростью нескольких асинхронных двигателей. которые требуют такого же изменения скорости, например, двигатели на конвейерной линии (Илл. 2).

Генератор приводится в движение двигателем постоянного тока или двигателем переменного тока, подключенным к нему. к вихретоковой муфте. Выходная частота генератора определяется по скорости вращения ротора. Выходное напряжение генератора определяется на величину постоянного тока возбуждения, приложенного к ротору.Поскольку выходное напряжение должно изменяться с изменением частоты, переменное напряжение Источник постоянного тока используется для обеспечения тока возбуждения. Большинство элементов управления этим типа используют какой-либо метод определения скорости генератора переменного тока и делают автоматический регулировка тока возбуждения.

Твердотельное управление

Большинство частотно-регулируемых приводов работают, сначала изменяя напряжение переменного тока. в постоянный, а затем обратно на переменный ток с желаемой частотой.Пара частотно-регулируемых приводов показаны на рисунках 3A и 3B.

Есть несколько методов, используемых для изменения напряжения постоянного тока обратно на переменное. Используемый метод обычно определяется производителем, возрастом оборудование и размер двигателя, которым должен управлять привод. Переменная частота приводы, предназначенные для управления частотой вращения двигателей до 500 лошадиных сил в основном использовать транзисторы. В схеме, показанной на рис. 4, трехфазный мост выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный.Мост Выпрямитель использует шесть тиристоров (выпрямителей с кремниевым управлением). SCR разрешают выходное напряжение выпрямителя, которое необходимо контролировать. Поскольку частота уменьшается, тиристоры срабатывают позже в цикле и понижают выходное напряжение к транзисторам. Дроссельная катушка и конденсаторная батарея используются для фильтрации выходное напряжение перед транзисторами с Q1 по Q6 изменяет напряжение постоянного тока обратно в AC. Электронный блок управления подключен к базам транзисторов. С 1 по 6 квартал.Блок управления преобразует постоянное напряжение обратно в трехфазное. переменный ток путем включения или выключения транзисторов в нужное время и в правильной последовательности. Предположим, например, что транзисторы Q1 и Q4 включены одновременно. Это позволяет обмотке статора Т1 быть подключается к положительному напряжению, а Т2 подключается к отрицательному напряжению. Ток может протекать через Q4 — T2, через обмотку статора двигателя и через T1 в Q1.

Теперь предположим, что транзисторы Q1 и Q4 выключены, а транзисторы Q3 и Q6 включены.Теперь ток будет течь через Q6 к обмотке статора. T3, через двигатель к T2, и через Q3 к плюсу мощности поставлять.

Поскольку транзисторы полностью включены или полностью выключены, формируемая форма волны представляет собой прямоугольную волну вместо синусоидальной волны (рис. 5). Асинхронные двигатели будут работать на прямоугольной волне без особых усилий. проблема. Некоторые производители проектируют устройства, которые будут выдавать ступенчатую форму волны. как показано на рис. 6. Ступенчатая форма волны используется, потому что она более точно аппроксимирует синусоидальную волну.

Некоторые связанные проблемы

Схема, показанная на рис. 4, использует тиристоры в питание и переходные транзисторы в выходном каскаде. Источники питания SCR контролировать выходное напряжение путем прерывания входящего сигнала.

Это может вызвать гармоники в линии, которые вызывают перегрев трансформаторов и двигателей, а также могут вызвать перегорание предохранителей и срабатывание автоматических выключателей. Когда биполярные переходные транзисторы используются в качестве переключателей, они обычно доведены до насыщения, снабдив их чрезмерным количеством базового эмиттера. Текущий.Насыщение транзистора вызывает напряжение коллектор-эмиттер. упасть до 0,04–0,03 вольт. Это небольшое падение напряжения позволяет транзистор для управления большим током без разрушения. Однако когда переходной транзистор доводится до насыщения, он не может восстановиться или выключиться так же быстро, как обычно. Это сильно ограничивает частоту ответ транзистора.


Рис. 3A Внутри частотно-регулируемого электропривода переменного тока.


ил.3B 2 л.с. частотно-регулируемый привод

БТИЗ

Многие преобразователи частоты с транзисторным управлением теперь используют специальные Тип транзистора называется биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT). IGBT имеют изолированный затвор, очень похожий на некоторые типы полевого эффекта. транзисторы (полевые транзисторы). Поскольку ворота изолированы, они имеют очень высокий импеданс. IGBT — это устройство, управляемое напряжением, а не устройство, управляемое током. Это дает ему возможность очень быстро выключиться.IGBT можно управлять в насыщение, чтобы обеспечить очень низкое падение напряжения между эмиттером и коллектором, но они не страдают от медленного времени восстановления обычных переходные транзисторы. Условное обозначение IGBT показано на рис. 7.


Рис. 4 Полупроводниковый регулятор частоты с использованием переходных транзисторов.


Рис. 5 Прямоугольная волна.


Рис. 6 Ступенчатая волна.


Рис. 7 Условное обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором.

В приводах

, использующих IGBT, обычно используются диоды, а не тиристоры для выпрямления переменного тока. напряжение в постоянный ток (рис. 8). Трехфазный выпрямитель обеспечивает постоянную Напряжение постоянного тока на транзисторы. Выходное напряжение на двигатель регулируется. с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). ШИМ осуществляется поворотом транзистора. включаться и выключаться несколько раз в течение каждого полупериода (рис. 9). Выход напряжение — это среднее значение пикового или максимального напряжения и количества время включения или выключения транзистора.

Предположим, что трехфазный переменный ток 480 В выпрямляется в постоянный и фильтруется. Напряжение постоянного тока, приложенное к IGBT, составляет примерно 630 вольт. Выход Напряжение на двигателе регулируется скоростью переключения транзисторов.

Предположим, что транзистор включен на 10 микросекунд и выключен на 20 микросекунд. В этом примере транзистор включен в течение одной трети времени и выключен. две трети времени. Напряжение, приложенное к двигателю, будет 210 вольт (630/3).Скорость, с которой могут работать IGBT, допускает ширину импульса. модуляция для создания ступенчатой ​​волны, очень похожей на стандартную синусоидальная волна (рис. 10).


Илл. 8 Преобразователи частоты, использующие IGBT, обычно используют диоды. в выпрямителе вместо тиристоров.


Рис. 9 Широтно-импульсная модуляция осуществляется переключением напряжения. включаться и выключаться несколько раз в течение каждого полупериода.


Рис. 10 Скорость IGBT может создавать ступенчатую волну, аналогичную к синусоиде.

Преимущества и недостатки приводов IGBT

Большим преимуществом приводов, использующих IGBT, является тот факт, что SCR обычно не используется в блоке питания, что значительно снижает проблемы с линией гармоники.

Самый большой недостаток — высокая скорость переключения транзисторов. может вызвать скачки напряжения в диапазоне 1600 В. мотор. Эти скачки напряжения могут вывести из строя некоторые двигатели.Длина линии от Привод к двигателю имеет большое значение для приводов, использующих IGBT. Короткая линия длины предпочтительны.

Двигатели с инверторным номиналом

Из-за проблемы чрезмерных скачков напряжения, вызванных приводами IGBT, некоторые производители выпускают двигатель с инвертором с рейтингом . Эти двигатели специально разработаны для работы с частотно-регулируемыми приводами.

Они несколько отличаются от стандартных двигателей:

1.Многие двигатели с инверторным номиналом содержат отдельный вентилятор для обеспечения непрерывного охлаждение двигателя независимо от скорости. Многие двигатели используют подключенный вентилятор к валу двигателя, чтобы помочь всасывать воздух через двигатель. Когда скорость мотора уменьшается, вентилятор не может поддерживать достаточный поток воздуха для охлаждения двигателя.

2. Двигатели с инверторным номиналом обычно имеют изоляционную бумагу между обмотки и сердечник статора (рис. 11). Скачки высокого напряжения создают сильные токи, создающие сильное магнитное поле.Это увеличило магнитное поле заставляет обмотки двигателя двигаться, потому что подобно магнитному поля отталкивают друг друга. Это движение может в конечном итоге вызвать изоляцию для износа провода и создания заземленной обмотки двигателя.

3. Инверторные двигатели обычно имеют фазовую бумагу, добавленную к терминальные выводы. Фазовая бумага — это изоляционная бумага, добавляемая к терминалу. провода, выходящие из двигателя. Скачки высокого напряжения влияют на начало свинец катушки намного больше, чем провод внутри катушки.Катушка — это индуктор, который естественным образом препятствует изменению тока. Большая часть утеплителя напряжение, вызванное скачками высокого напряжения, возникает в начале обмотки.

4. Магнитный провод, используемый в конструкции обмоток двигателя, имеет изоляция более высокого номинала, чем у других двигателей.

5. Размер корпуса больше, чем у большинства трехфазных двигателей. Размер корпуса больше из-за добавленной изоляционной бумаги между обмотками и сердечником статора.Кроме того, корпус большего размера помогает охлаждать двигатель, обеспечивая большая площадь поверхности для отвода тепла.


Рис. 11 Изоляционная бумага между обмотками и статором Рамка.

Частотно-регулируемые приводы с SCR и GTO


Рис. 12 Преобразование постоянного тока в переменный с помощью тиристоров.

Приводы частотно-регулируемые, предназначенные для управления двигателями мощностью более 500 л.с. обычно используют SCR или GTO (устройство отключения ворот).GTO похожи на SCR, за исключением того, что прохождение через GTO можно остановить, применив отрицательное напряжение — отрицательное по отношению к катоду — к затвору. SCR и GTO являются тиристорами и могут обрабатывать большее количество тока, чем транзисторы. Тиристоры — это твердотельные устройства, которые демонстрируют всего два состояния работы: полностью включен или полностью включен выключенный. Пример однофазной схемы, используемой для преобразования постоянного напряжения в Напряжение переменного тока с тиристорами показано на рис.12. В этой схеме тиристоры подключены к блоку фазового сдвига, который контролирует последовательность и скорость при котором SCR активируются. Схема построена так, что тиристоры A и A ’включаются одновременно, а SCR B и B’ включаются в одно и то же время. в то же время. Катушки индуктивности L1 и L2 используются для фильтрации и формирования волны. Диоды с D1 по D4 являются фиксирующими диодами и используются для предотвращения выхода напряжение от чрезмерного повышения. Конденсатор C1 используется для включения одного комплекта SCR отключаются, когда другой набор включен.Этот конденсатор должен быть настоящим Конденсатор переменного тока, потому что он будет заряжаться до чередующейся полярности каждый полупериод. В преобразователе, предназначенном для работы с большими объемами энергии, конденсатор C1 будет батареей конденсаторов. Чтобы понять работу схемы, Предположим, что SCR A и A ’включаются одновременно. Ток будет течь через цепь, как показано на рис. 13. Обратите внимание на направление тока. протекает через нагрузку, и этот конденсатор C1 был заряжен до полярности показано.

Когда SCR включен, его можно выключить, только разрешив ток поток через анод-катодную секцию, чтобы упасть ниже определенного уровня, называемого текущий уровень удержания. Пока ток продолжает течь через анод-катод, тиристор не выключится.

Теперь предположим, что тиристоры B и B ’включены. Поскольку SCR A и A ’являются все еще включен, теперь через цепь существуют два пути тока. Положительный заряд на конденсаторе C1, однако, заставляет отрицательные электроны видеть более легкий путь.Ток бросится заряжать конденсатор на противоположный полярность, останавливая ток, протекающий через тиристоры A и A ’, позволяя их выключить. Теперь ток протекает через тиристоры B и B ’и заряжает конденсатор на противоположную полярность (илл. 14). Обратите внимание, что ток теперь течет через нагрузку в обратном направлении, что производит переменный ток через нагрузку.

Для выработки следующего полупериода переменного тока тиристоры A и A ’закрываются. снова.Положительно заряженная сторона конденсатора теперь вызовет ток, чтобы прекратить протекать через тиристоры B и B ’, позволяя им повернуться выключенный. Ток снова течет через нагрузку в указанном направлении. на рис. 13. Частота контура определяется скоростью при котором SCR активируются. Частотно-регулируемый привод на 125 мощность показана на рис. 15.


Рис. 13 Ток протекает через тиристоры A и A ’.


ил.14 Ток протекает через тиристоры B и B ’


Илл.15 A 125 л.с. регулятор двигателя переменного тока переменной частоты.

Характеристики частотно-регулируемого управления


Рис. 16 Большинство частотно-регулируемых приводов обеспечивают ограничение тока и регулировку скорости.

Хотя основное назначение частотно-регулируемого привода — обеспечение управление скоростью двигателя переменного тока, большинство приводов обеспечивают функции, которые другие типы элементов управления — нет.Многие частотно-регулируемые приводы могут обеспечить характеристика крутящего момента на низкой скорости, которая так желательна для двигателей постоянного тока. это Эта функция позволяет двигателям переменного тока с короткозамкнутым ротором заменять двигатели постоянного тока. для многих приложений.

Многие частотно-регулируемые приводы также обеспечивают ограничение тока и автоматическое регулировка скорости двигателя.

Ограничение тока обычно достигается подключением трансформаторов тока к входу привода и обнаруживая увеличение тока по мере того, как нагрузка добавлен.Регулировка скорости осуществляется путем измерения скорости двигателя и передачи этой информации обратно в привод (рис. 16).

Еще одна особенность частотно-регулируемых приводов — ускорение и замедление. контроль, иногда называемый рампингом. Линейное изменение используется для ускорения или замедления. мотор в течение некоторого периода времени. Разгон позволяет двигателю приводить медленно набирать скорость, а не просто подключать двигатель напрямую к строке.

Даже если регулятор скорости установлен в максимальное положение при запуске кнопка нажата, линейное изменение заставляет двигатель разгонять нагрузку от от нуля до максимальной скорости вращения в течение нескольких секунд.Эта функция может быть настоящей преимущество для некоторых типов нагрузок, особенно для нагрузок зубчатой ​​передачи. В некоторых контроллеры, количество ускорения и время замедления можно регулировать путем установки потенциометров на главной плате управления (рис. 17). Другой контроллеры полностью управляются цифровым способом, а время разгона и замедления запрограммировано в памяти компьютера.

Некоторые другие настройки, которые обычно можно установить, меняя потенциометры. или программирование блока:

Current Limit : Этот элемент управления устанавливает максимальное количество ток, который привод может подавать на двигатель.

Вольт на Герц: Устанавливает коэффициент увеличения напряжения как частота увеличивается или уменьшается с уменьшением частоты.

Максимум герц : Этот элемент управления устанавливает максимальную скорость мотор. Большинство двигателей предназначены для работы в диапазоне от 0 до 60 Гц, но некоторые приводы позволяют устанавливать выходную частоту выше 60 Гц, что позволит двигателю работать с более высокой скоростью, чем нормальная. Максимум Также можно установить управление герц, чтобы ограничить выходную частоту до определенного значения. менее 60 герц, что ограничит скорость двигателя до значения менее нормальный.

Минимум герц : Устанавливает минимальную скорость двигателя. разрешено бежать.

Некоторые частотно-регулируемые приводы позволяют регулировать предел тока, максимальную и минимальную скорость, время линейного изменения и т. Д. Путем регулировки подстроечных резисторов. расположен на главной плате управления. В других дисках используется микропроцессор. как контроллер. Значения ограничения тока, скорости, времени линейного изменения и т. Д. Для этих приводов запрограммированы в блоке и намного проще. сделать и обычно более точны, чем регулировка подстроечных резисторов.Программируемый частотно-регулируемый привод показан на рис. 18.


Рис. 17 Некоторые частотно-регулируемые приводы позволяют выполнять настройку. путем внесения корректировок на главную панель управления.

ВИКТОРИНА:

1. Какова синхронная скорость шестиполюсного двигателя, работающего с приложенное напряжение 20 герц?

2. Почему необходимо снижать напряжение на двигателе, если частота уменьшен?

3.Если генератор переменного тока используется для обеспечения переменной частоты, как выходное напряжение генератора регулируется?

4. Какое твердотельное устройство обычно используется для производства переменной частоты? в приводах, предназначенных для управления двигателями мощностью до 500 лошадиных сил?

5. Почему тиристоры используются для создания мостовых выпрямителей во многих твердотельных частотно-регулируемые приводы?

6. В чем главный недостаток использования тиристоров с переменной частотой? водить машину?

7.Как переходные транзисторы доводятся до насыщения и в чем преимущество вождения транзистора в насыщение?

8. В чем заключается недостаток приведения переходного транзистора в состояние насыщения?

9. В чем преимущество IGBT перед переходным транзистором?

10. В преобразователях частоты, использующих IGBT, как на выходе напряжение на двигатель контролируется?

11. Какой тип двигателя обычно используется с приводами IGBT?

12.В чем основное различие между GTO и SCR?

13. Что такое тиристор?

14. После того, как SCR был включен, что нужно сделать, чтобы разрешить ему снова выключить?

15. Что подразумевается под «рампингом» и для чего он используется?


Илл.18 Программируемые частотно-регулируемые приводы позволяют устанавливать такие в качестве ограничения по току, вольт на Гц.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

© 2011-2021 Компания "Кондиционеры"