Подключение трехфазного двигателя в 1ф сеть через преобразователь частоты — статья

В одной из предыдущих статей мы писали как подключить асинхронный электродвигатель к однофазной или трехфазной сети.

В данной статье мы рассмотрим как подключить трехфазный электродвигатель к однофазной сети через преобразователь частоты, а также преимущества использования частотного преобразователя.

Преобразователь частоты – это устройство, которое позволяет преобразовывать переменное напряжение частотой 50 Гц в напряжение с частотой от 0 Гц до 1 кГц, к тому же импульсное. Благодаря этому появляется возможность осуществить плавный пуск двигателя и регулировать частоту оборотов.

Также преобразователь защищает двигатель от перегрузок, которые могут возникать в сети. Но основное преимущество частотника – экономия электроэнергии. А она составляет в среднем 50%. И конечно же стоит упомянуть, что при регулировке пускового тока обычным, не удастся избежать достаточно больших потерь мощности.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что особо актуально использование преобразователя для двигателей с большой мощностью, потому что при подключении «звездой», пусковой ток может повредить изоляцию проводов.

Рисунок 1. Подключение по схеме «треугольник»

Однофазные частотники работают от однофазной сети 220В соответственно, а на выходе выдают уже трехфазное напряжение 220В заданной частоты. Другими словами, благодаря однофазному частотному преобразователю, обеспечивается трехфазное питание от обычной, бытовой электросети, что актуально на небольших производствах, либо в условиях отсутствия трехфазной сети.

Подключать частотный преобразователь к асинхронному двигателю нужно по схеме «треугольник» – обмотки статора соединяются последовательно, при этом начало последующей с концом предыдущей и так далее (рис.1):

Этап 1. Соединить клемы в клемной коробке по схеме «треугольник»

Этап 2. Согласно названиям клем, присоединить провода к частотнику (U к U1, V к V1, W к W1)

Не стоит забывать, что возможность подключить трехфазную сеть 220В бывает не у всех двигателей. И тут мы задаемся вопросом: «А как узнать, могу ли я подключить свой трехфазник в розетку?». Эту информацию можно посмотреть на шильдике своего двигателя. В поле «Напряжение» должны быть указаны данные «220/380В».

Важно! Встречаются двигатели, когда в соответствующем поле стоит одна цифра — 380В. В таком случае двигатель можно подключить к однофазному частотнику, но это будет нерационально, так как теряется большая часть мощности электродвигателя.

Рисунок 2. Шильдик электродвигателя

Из рисунка 2 видно, что если использовать схему подключения “треугольник”, то на двигатель нужно подать 220В. А при схеме «звезда» 380В. Ток, соответственно получится 5,0А и 2,9А. Этот параметр достаточно важен, потому что исходя, в том числе, и из этих данных, будет происходить подбор частотного преобразователя.

В итоге, подключая трехфазный двигатель в однофазную (бытовую) сеть через частотник, независимо от схемы подключения, мы получаем сразу несколько преимуществ. Это и мощность, которая не теряется, в отличии от прямого подключения через конденсатор, и экономия, и возможность управления частотой оборотов двигателя.

Если же у вас еще остались вопросы, либо вы сомневаетесь в целесообразности использования частотника — наши менеджеры и техотдел с радостью вам помогут!

ОТПРАВИТЬ ЗАПРОС

Подключение частотного преобразователя. Как подключить частотный преобразователь

Частотные преобразователи служат для корректировки частоты напряжения, питающего электродвигатель трехфазного типа. Благодаря такой особенности, подконтрольное оборудование становится более эффективным, устойчивым к различным сбоям, экономичным и надежным. Именно по этой причине представленные устройства пользуются огромной популярностью как среди различных предприятий, так и среди домашних пользователей. Преобразователи рассчитаны как на однофазное, так и на трехфазное напряжение входного типа.

Преобразователь частоты обеспечивает плавный пуск и остановку работы электропривода, защиту от перегрузок и корректировку оборотов ротора. Подключить частотный преобразователь можно по одной из следующих схем: 

• звезда;
• треугольник.

Обратите внимание, что каждая из приведенных выше схем является обобщенной. Идеальным вариантом будет использование советов специалиста и методики, приведенной в инструкции к приобретенному оборудованию. Таким образом, вы обезопасите себя от преждевременного выхода из строя не только преобразователя, но и всей подконтрольной системы.

Представленная схема служит для подключения трехфазного частотного преобразователя. В подавляющем большинстве случаев — это промышленное оборудование, работающее от электросети 380 Вольт. Сфера применения исходит из названия: производственные предприятия различного уровня, заводские цеха и тому подобное.

Если произвести подключение трехфазного преобразователя частоты к сети бытового уровня (220 Вольт), то будет наблюдаться существенная потеря мощности, что вредит не только производительности системы, но и ее жизнеспособности в целом. Именно по этой причине к такой сети лучше подключать однофазный частотный преобразователь по схеме «треугольник».

Далее следует обратить внимание на мощность электродвигателя. Если представленный параметр у него превышает 5 кВт, то стоит применить совмещенную схему «звезда-треугольник». Однако делать это стоит лишь в том случае, когда привод имеет возможность такого подключения. В момент запуска привода работает схема «звезда», а как только двигатель наберет нужные обороты, произойдет переключение на «треугольник». Монтажом и настройкой частотных преобразователей должен заниматься квалифицированный специалист.

Почему преобразователи частоты лучше покупать в «ОВК Комплект»

Интернет-магазин «ОВК Комплект» занимается не только поставкой качественного электрооборудования, но и его дальнейшим сопровождением. Эти услуги также касаются и различной электроприводной техники, а частности частотные преобразователи. Специалисты магазина напрямую сотрудничают с именитыми производителями представленных изделий. Это позволяет вести выгодную для потребителей ценовую политику.

В штат сотрудников магазина входят опытные мастера, которые предоставят вам следующий набор услуг:

• гарантийное и после гарантийное обслуживание;
• монтаж и настройка электрооборудования;
• оперативная замена вышедших из строя деталей;
• ремонт и сопровождение.

Выбор подходящего частотного преобразователя – дело довольно сложное. По этой причине у нас работает линия консультаций. Вы можете задавать вопросы в режиме online и получить исчерпывающую информацию. Вместе с менеджером вы подберете для себя надежный преобразователь частоты, который в полной мере удовлетворит ваши потребности.

Оборудование полностью сертифицированное и соответствует всем мировым критериям качества, надежности и долговечности. Пользуясь такими изделиями, вы обеспечите эффективное, долговечное и надежное функционирование любого электропривода.

Частотное регулирование однофазного асинхронного двигателя

С все более увеличивающимся ростом автоматизации в бытовой сфере появляется необходимость в современных системах и устройствах управления электродвигателями.

Управление и преобразование частоты в небольших по мощности однофазных асинхронных двигателях, запускаемых в работу с помощью конденсаторов, позволяет экономить электроэнергию и активирует режим энергосбережения на новом, прогрессивном уровне.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 400
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Однофазный асинхронный двигатель

Наибольшее применение такие моторы нашли в быту и малом бизнесе. Они необходимы там, где нет трёхфазной сети. Мощность их ограничивается лишь частотой сети. Сами по себе аппараты маломощные, в диапазоне от 500 Ватт до 2 килоВатт.

Принцип работы однофазного двигателя заключается в смещении обмоток в пространстве относительно друг друга. Ключевым моментом является сдвиг фазы в обмотках на 120 градусов. Главным «фазосдвигателем» у нас является конденсатор. Как правило, он подключён последовательно в цепи статорной обмотки.

По конструкции моторы могут различаться. Так что, не к любому можно подключить преобразователь частоты, нужно обращать внимание прежде всего на схему подключения обмоток. Двухфазный двигатель с рабочей и пусковой обмоткой точно не сможет запуститься, совсем другой принцип работы. Мы к этому ещё вернёмся…

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 865
Источник: https://kip-world.ru/kak-podklyuchit-odnofaznyj-dvigatel-k-preobrazovatelyu-chastoty.html

Электродвигатель

В статье пойдет речь об однофазных асинхронных электродвигателях, имеющих два вывода питания и питающее напряжение 220 или 380 В при номинальной частоте 50 Гц. Как правило, такие агрегаты имеют в своей схеме пусковой либо фазосдвигающий конденсатор.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 275
Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html

Способы подключения мотора

А теперь давайте рассмотрим несколько способов подключений:

• конденсаторный способ;
• частотный способ;
• фазовое управление с помощью симистора;

Какой из способов лучше всего? Знаете, всё зависит от задачи, которую нужно решить… А так на вкус и цвет, сами знаете…

Если вы мало знакомы с преобразователем частоты, можете ознакомиться в статье «Чего вы не знаете о преобразователе частоты?»

Конденсаторный способ подключений

Бюджетное подключение трехфазных моторов к однофазной сети. Просто цепляем конденсатор последовательно в цепи обмотки и превращаем аппарат из трехфазного в однофазный. Вот схема:

Сп — пусковой конденсатор, а Ср — рабочий конденсатор. Как подбирать ёмкость в этом случае я расписывать не буду. В просторах интернета есть полно информации по этому поводу.

Фазовое управление с помощью симистора

Это один из самый старых способов управления. Две обмотки двигателя подключаются параллельно, одна из них с конденсатором. К точкам обмоток соединяем симисторный регулятор. Их актуальность, по-моему мнению, ещё не пропала. Лучше всего использовать для не тяжёлых нагрузок (вентиляторы, насосы).

Важно!

Учитывайте, что сим. блоки в основном предназначены для активной нагрузки. Так как мотор — это индуктивная нагрузка, поэтому активный ток делим примерно на 10. Если ток активной нагрузки равен 50, то индуктивный будет 5.

На выходе устройства формируется напряжение сетевой частоты 50 Гц и настраивается среднеквадратичное число. Таким образом мы меняем время открытого состояния симистора за период следования напряжения. Единственный недостаток: момент на валу падает относительно снижения напряжения. Вот вам пример Autonics SPK1:

Входы для регулировки скорости универсальные. Сюда можно подключить и потенциометр 1 кОм, и датчик с токовым сигналом 4-20 мА, и напряжение 0-5 В.

Частотный способ

О популярности преобразователя частоты нет смысла говорить. Так как это устройство давно известно всем. Частотный способ является основным в нашем 21 веке. Скорость регулируется с помощью ШИМ-модуляции. Достаточно сложный девайс, требующий отдельной статьи. По входному напряжению существуют как и 380 В, так и 220В. Но что же получается по выходу?

На рынке есть готовые варианты и на однофазный, и на трёхфазный электродвигатель. Просто нужно подобрать схемное решение.

Но, бывают случаи когда ПЧ с однофазным выходом не по карману. Или у вас на полке лежит трёхфазный ПЧ. Давайте рассмотрим вариант подключения мотора к преобразователю частоты.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 2472

Источник: https://kip-world.ru/kak-podklyuchit-odnofaznyj-dvigatel-k-preobrazovatelyu-chastoty.html

Частотный преобразователь

По способу подключения питания на входные клеммы различают однофазные и трехфазные частотники. При этом однофазные частотные преобразователи питаются фазным напряжением 220 В, трехфазные – линейным 380 В. Однако на выходе ПЧ обычно вырабатывается трехфазное напряжение со сдвигом фаз 120°, величина которого ограничена напряжением питания на входе.

Однофазный и трехфазный преобразователи SIEMENS Micromaster 420

В контексте однофазных двигателей преобразователи частоты можно условно разделить на три группы:

1. Преобразователи, специально предназначенные для однофазных двигателей.
2. Преобразователи с опциональной возможностью подключения однофазных двигателей, при этом необходимо использовать соответствующие настройки и схему подключения.
3. Преобразователи без возможности подключения однофазного двигателя.

Мы рассмотрим частотники из второй группы.

Обратите внимание! Не стоит путать преобразователи с однофазным питанием по входу с частотниками, имеющими однофазный выход. Возможны комбинации, когда преобразователь с однофазным питанием имеет на выходе 3 фазы с напряжением 220 В, либо когда ПЧ с трехфазным питанием выдает на однофазный двигатель напряжение 220 или 380 В.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1244
Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html

Особенности подключения

Как было сказано выше, не каждый частотный преобразователь может работать с однофазным двигателем, поскольку при его подключении третья (неподключенная) фаза фактически будет в обрыве, что вызовет ошибку. Поэтому необходимо внимательно ознакомиться с документацией к ПЧ — производитель должен явно указать, что имеется возможность подключения и работы однофазной нагрузки.

Поскольку однофазный двигатель содержит конденсатор, при изменении рабочей частоты не удастся обеспечить нужный сдвиг фаз, и двигатель на пониженных частотах (менее 30 Гц) будет перегреваться. Это следует учитывать при выборе диапазона рабочих частот и способа охлаждения привода.

При однофазном подключении двигателя оперативный реверс через панель управления или настройки ПЧ невозможен. Поменять направление вращения можно, изменив схему подключения обмоток внутри двигателя.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 898
Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Существует несколько способов регулирования скорости вращения однофазного двигателя.

1. Управление скольжением двигателя или изменением напряжения. Способ актуален для агрегатов с вентиляторной нагрузкой, для него рекомендуется использовать двигатели с повышенной мощностью. Недостаток способа – нагрев обмоток двигателя.
2. Ступенчатое регулирование скорости вращения двигателя с помощью автотрансформатора.

Рис.№2. Схема регулировки с помощью автотрансформатора.

Достоинства схемы – напряжение выхода имеет чистую синусоиду. Способность трансформатора к перегрузкам имеет большой запас по мощности.

Недостатки – автотрансформатор имеет большие габаритные размеры.

Использование тиристорного регулятора оборотов двигателя. Применяются тиристорные ключи, подключенные встречно-параллельно.

Рис. №3.Схема тиристорного регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

При использовании для регулирования скорости вращения однофазных асинхронных двигателей, чтобы избежать негативного влияния индукционной нагрузки производят модификацию схемы.  Добавляют LRC-цепи для защиты силовых ключей, для корректировки волны напряжения используют конденсатор, минимальная мощность двигателя ограничивается, так гарантируется старт двигателя. Тиристор должен иметь ток выше тока электродвигателя.

Транзисторный регулятор напряжения

В схеме используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с применением выходного каскада, построенного на использовании полевых или биполярных IGBT транзисторах.

Рис. №4. Схема использования ШИМ для регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

Частотное регулирование асинхронного однофазного электродвигателя считается основным способом регулирования частоты электродвигателя, мощности, эффективности использования, скорости и показателей энергосбережения.

Рис. №5. Схема управления электродвигателем без исключения из конструкции конденсатора.

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 1915
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Частотный преобразователь: виды, принцип действия, схемы подключения

Частотный преобразователь разрешает своему владельцу снизить энергопотребление и автоматизировать процессы в управлении оборудованием и производством.

Основные компоненты частотного преобразователя: выпрямитель, конденсатор, IGBT-транзисторы, собранные в выходной каскад.

Благодаря способности управлением параметрами выходной частоты и напряжения достигается хороший энергосберегающий эффект. Энергосбережение выражается в следующем:

1. В двигателе поддерживается неизменный текущий момент ращения вала. Это обусловлено взаимодействием выходной частоты инверторного преобразователя с частотой вращения двигателя и соответственно, зависимостью напряжения и крутящего момента на валу двигателя. Значит, что преобразователь дает возможность автоматически регулировать напряжение на выходе при обнаружении превышающего норму значения напряжения с определенной рабочей частотой нужно для поддержания требуемого момента. Все инверторные преобразователи с векторным управлением имеют функцию поддержания постоянного вращающего момента на валу.
2. Частотный преобразователь служит для регулировки действия насосных агрегатов (см. страницу). При получении сигнала, поступающего с датчика давления, частотник снижает производительность насосной установки. При снижении оборотов вращения двигателя уменьшается потребление выходного напряжения. Так, стандартное потребление воды насосом требует 50Гц промышленной частоты и 400В напряжения. Руководствуясь формулой мощности можно высчитать соотношение потребляемых мощностей.

Уменьшая частоту до 40Гц, уменьшается величина напряжения до 250В, означает, что уменьшается количество оборотов вращения насоса и потребление энергии снижается в 2,56 раз.

Рис. №6. Использование частотного преобразователя Speedrive для регулирования насосных агрегатов по систем CKEA MULTI 35.

Для повышения энергетической эффективности использования частотного преобразователя в управлении электродвигателем необходимо сделать следующее:

• Частотный преобразователь должен соответствовать параметрам электродвигателя.
• Частотник подбирается в соответствии с типом рабочего оборудования, для которого он предназначен. Так, частотник для насосов функционирует в соответствии с заложенными в программу параметрами для управления работой насоса.
• Точные настройки параметров управления в ручном и автоматическом режиме.
• Частотный преобразователь разрешает использовать режим энергосбережения.
• Режим векторного регулирования позволяет произвести автоматическую настройку управления двигателем.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 2550
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Настройка преобразователя частоты

При настройке частотника нужно обратить внимание на следующие моменты:

• По возможности ограничить время разгона и торможения с целью уменьшения нагрева ПЧ и двигателя. Тоже самое касается и количества циклов включения/выключения в единицу времени.
• Выбрать скалярный режим частотного управления.
• Отключить контроль обрыва фаз на выходе ПЧ.
• Перед первым пуском обязательно провести автоматическую настройку (адаптацию) согласно инструкции.

Здесь нужно обратить внимание на один важный момент. Однофазный двигатель имеет КПД ниже, чем трехфазный с теми же параметрами. Это следует учитывать при выборе пары ПЧ/двигатель. Для повышения КПД и уменьшения нагрева можно экспериментально выставить точки на вольт-частотном графике. Как вариант, можно отключить пусковой конденсатор, а выводы от пусковой и рабочей обмоток подключить к выходу трехфазного преобразователя. Далее провести настройку, как указано выше.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 962
Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html

Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей

Первое на что обращаем внимание при выборе частотника для своего оборудования – это соответствие сетевого напряжения и номинального значения тока нагрузки, на который рассчитан двигатель. Способ подключения выбирается относительно рабочего тока.

Главным в схеме подключения является наличие фазосдвигающего конденсатора, он служит для сдвига напряжения, поступающего на пусковую обмотку. Она служит для пускового включения двигателя, иногда после того, как двигатель заработал, пусковая обмотка вместе с конденсатором отключается, иногда остается включенной.

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 621
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Преобразователь частоты однофазный

Компактное устройство преобразования частоты служит для управления однофазными электродвигателями для оборудования бытового предназначения. Большинство частотных преобразователей обладает следующими конструктивными возможностями:

1. Большинство моделей использует в своей конструкции новейшие технологии векторного управления.
2. Они обеспечивают улучшенный вращающий момент однофазного двигателя.
3. Энергосбережение введено в автоматический режим.
4. Некоторые модели частотных преобразователей используют съемный пульт управления.
5. Встроенный PLC контроллер (он незаменим для создания устройств сбора и передачи данных, для создания систем телеметрии, объединяет устройства с различными протоколами и интерфейсами связи в общую сеть).
6. Встроенный ПИД регулятор (контролирует и регулирует температуру, давление и технологические процессы).
7. Напряжение выхода регулируется в автоматическом режиме.

Рис.№7. Современный преобразователь Optidrive с основными функциональными особенностями.

Важно: Однофазный преобразователь частоты, питаясь от однофазной сети напряжением 220В, выдает три линейных напряжения, величина каждого из них по 220В. То есть, линейное напряжение между 2 фазами находится в прямой зависимости от величины выходного напряжения самого частотника.

Частотный преобразователь не служит для двойного преобразования напряжения, благодаря наличию в конструкции ШИМ-регулятора, он может поднять величину напряжения не более чем на 10%.

Главная задача однофазного преобразователя частоты – обеспечить питание как одно- так и трехфазного электродвигателя. В этом случае ток двигателя будет соответствовать параметрам подключения от трехфазной сети, и оставаться постоянным

Блок: 6/8 | Кол-во символов: 1692
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Переделка однофазного двигателя в трехфазный

Нередко однофазный асинхронный двигатель на деле оказывается трехфазным. Его переделка на одну фазу обычно связана с ограничениями по питанию, которое в некоторых локациях может быть только однофазным.

Перед тем, как подключать однофазный двигатель к ПЧ, можно проверить возможность его работы на трех фазах. Для этого нужно вскрыть борно, определить тип двигателя и его исходную схему. Чаще всего выясняется, что привод имеет трехфазное питание с линейным напряжением 220 В и собран по схеме «Треугольник», при этом для обеспечения его работы от одной фазы применяют фазосдвигающий конденсатор. Следовательно, достаточно исключить из схемы конденсатор и запускать двигатель по обычной трехфазной схеме.

Другие полезные материалы:
5 шагов подключения неизвестного электродвигателя
Преимущества векторного управления электродвигателем
Настройка ПЧ для работы на несколько двигателей

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 949
Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html

Схема подключения однофазного двигателя с помощью однофазного частотного преобразователя без использования конденсатора

Выходное линейное напряжение устройства на каждой фазе равно выходному напряжению частотника, то есть на выходе будет три напряжения линии, каждое по 220В. Для запуска может использоваться только пусковая обмотка.

Рис. №8. Схема присоединения однофазного асинхронного двигателя через конденсатор

Фазосдвигающий конденсатор не может обеспечить равномерный фазовый сдвиг в пределах границ частот инвертора. Частотник обеспечит равномерный сдвиг фаз. Для того, чтобы исключить из схемы конденсатор, нужно:

1. Конденсатор стартера С1 удаляется.
2. Вывод обмотки двигателя присоединяем к точке выхода напряжения частотника (используется прямая проводка).
3. Точка А присоединяется к СА; В соединяется с СВ; W соединяется к СС, таким образом электродвигатель присоединится напрямую.
4. Для включения в обратном направлении (обратная проводка) необходимо В присоединить к СА; А присоединить к СВ; W соединить с СС.

Рис. №9. Схема подключения однофазного асинхронного двигателя без использования конденсатора.

На видео — Частотный преобразователь. Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220В.

Частотный преобразователь. Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220В.

Блок: 8/8 | Кол-во символов: 1280
Источник: http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html

Кол-во блоков: 15 | Общее кол-во символов: 16822
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

1. https://kip-world.ru/kak-podklyuchit-odnofaznyj-dvigatel-k-preobrazovatelyu-chastoty.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 3337 (20%)
2. https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/rabota-chastotnika-s-odnofaznym-dvigatelem.html: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 4328 (26%)
3. https://elenergi.ru/chastotnoe-regulirovanie-odnofaznogo-asinxronnogo-dvigatelya.html: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 699 (4%)
4. http://chistotnik.ru/chastotnik-dlya-odnofaznogo-elektrodvigatelya.html: использовано 6 блоков из 8, кол-во символов 8458 (50%)

Подключение трехфазного двигателя

Трехфазные асинхронные электродвигатели имеют значительно больший вращающий момент, чем однофазные. Поэтому многие самодеятельные мастера стремятся использовать их при реализации своих проектов, а для домашней мастерской станок с трехфазным двигателем – это просто находка. Однако на пути прогресса стоит банальнейшее препятствие – подключение трехфазного двигателя к бытовой сети 220 вольт напрямую технически невозможно. Традиционно для этого используется схема со сдвигом фаз посредством электролитического конденсатора, однако она сводит на нет все преимущества электрической машины такого типа – она становится такой же нестабильной, что и ее однофазный аналог, а ее мощность падает минимум на треть. Сегодня мы предлагаем вам ознакомиться с более совершенным способом включения асинхронной трехфазной электрической машины в бытовую однофазную сеть 220 вольт 50 Гц. Для этого понадобится преобразователь частоты ESQ-A500-021.

Знакомимся с ESQ-A500-021

Преобразователи частоты этой серии являются однофазными – они подключаются к бытовой сети переменного тока 220 вольт 50 Гц. Однако на выходе у них три клеммы, линейное напряжение (измеренное между фазой и землей) на каждой из которых равно 220 вольт, а сдвиг фаз между ними 1200.  Это нормальные условия для того, чтобы питать трехфазный двигатель мощностью от 0,2 до 2,2 кВт. Используя этот прибор, вы сможете управлять и частотой, и направлением вращения его вала.

Собираем электрическую установку

Чтобы подключение трехфазного двигателя было выполнено по всем правилам, необходимо соблюсти нормы, установленные Правилами Эксплуатации Электроустановок.

В первую очередь организуется возможность полного обесточивания на случай аварии и для безопасного проведения ремонта. Для этого можно использовать механический рубильник с так называемыми ножевыми контактами. Обычно в их конструкции предусмотрена установка трех плавких предохранителей. Однако лучший вариант – это автоматический выключатель (АВ). Он меньше размерами, а кроме перегрузки по току (короткое замыкание), защищает еще и от перегрева в цепи. Вам необходимо взять так называемый двухполюсный АВ, подключаемый одновременно к фазной линии и нейтрали. Остается выбрать лишь номинал тока срабатывания. Он должен быть в три раза больше, чем тот, что на выходной клемме частотного преобразователя. Например, у вас есть асинхронный трехфазный двигатель мощностью 0,75 кВт, для управления им подходит модель ESQ-A500-021-0,75. Номинальный ток на выходе у него 4,5 ампера. Поэтому берите автоматический выключатель на 16 ампер. Менее мощный будет отключаться во время пуска.

Второй элемент – так называемое УЗО или Устройство Защитного Отключения, которое необходимо на случай нарушения целостности изоляции силовых кабелей, из-за чего при касании корпуса электрического прибора можно получить удар током. Включается он последовательно с АВ, однако надо не перепутать фазную линию с нейтралью: тот провод, при касании которого светится лампа отвертки-пробника подключается к клемме L, а другой к N. Номинал тока утечки выбираем как для группового потребителя – 30 мА.

Шина заземления в каждой электроустановке должна присутствовать обязательно! В магазинах электротехнических товаров их продают в виде бронзового бруска с отверстиями и винтовыми зажимами. Они бывают разной длины. Подключать к ним можно только клеммы, обозначенные PE или специальным значком, похожим на ↓. Она служит для подключения к заземляющему контуру. Обратите внимание на то, что клемма N – это так называемая техническая нейтраль, обеспечивающая работу электротехнических устройств. Ее еще называют занулением, поскольку она имеет нулевой потенциал относительно фазного провода или клеммы. По ней во время работы течет ток, она так же опасна, как и токоведущая шина. Соединять ее с корпусом приборов нельзя!

Частотные преобразователи ESQ всех серий имею одинаковую маркировку силовых клемм. У однофазных приборов 021 входные зажимы объединены в группу Power, имеют обозначение L1 и N. Выходные – Motor и U, V, W или T1, T2, T3. Рядом с ними есть клеммы для  подключения тормозного резистора PR. Их можно использовать, если вы хотите, чтобы двигатель останавливался после снятия питания без выбега – инерционного прокручивания – вала.

Подключение трехфазного двигателя  может осуществляться как по схеме «Звезда», тогда у него на обмотках 220 вольт, так и «Треугольник», с обмотками под напряжением 380 вольт. При использовании однофазного частотного преобразователя применяется схема «Звезда», как наименее нагруженная по току во время пуска. Треугольника однофазная электроустановка не выдержит, будут гореть плавкие предохранители или срабатывать АВ.

Все элементы, кроме двигателя, устанавливаются внутри металлического ящика с дверцей, запирающейся на ключ. Для монтажа используется DIN-рейка.

Подключение дистанционного управления

Управлять электродвигателем можно с помощью кнопок FWD (вперед), REV(назад) и STOP на центральной панели частотника.

Однако лучше это делать дистанционно, чтобы не лезть в силовой ящик. На схеме указаны клеммы, к которым подключаются кнопки пуска и реверса. Ниже находится блок, который управляет частотой вращения. К клеммам подключается стандартный потенциометр номиналом 220 вольт. Обозначения клемм соответствуют тем, что расположены на приборе выше силовых контактов.

Настройка и пробное включение

Настройка подключения электродвигателя к частотному преобразователю сводится к установке частоты питающего напряжения. Это делается верньером на лицевой панели прибора. Перед этим надо нажать и удерживать в течение 5 секунд кнопку SET. Они указаны на рисунке стрелкой. Обычно ограничиваются номиналом 60 Гц, для большинства выполняемых в домашних условиях задач этого достаточно.

Включение осуществляется по следующей схеме:

— Убедитесь, что все элементы соединены согласно схеме, нет кабелей с оголенными и неподключенными концами.

— Подайте питание – рычаг АВ поднять вверх. На частотнике загорятся индикаторы Hz и Mon.

— Нажмите кнопку, подключенную к клемме STF.

— Поверните бегунок потенциометра по часовой стрелке. Двигатель должен начать вращение.

— Нажмите кнопку STR. Двигатель изменит направление вращения.

Если мотор вращается не в ту сторону, то отключите электроустановку от питания и поменяйте местами два фазных провода на выходных клеммах частотного преобразователя.

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

Проекты по приводной технике

услуги

Оснащение двигателей частотными преобразователями.

Наша компания занимается проектированием, сборкой и поставкой шкафов управления, а также силовых шкафов на базе частотных преобразователей и устройств плавного пуска под различные задачи (примерами могут служить проекты по оснащению частотными преобразователями насосов второго подъема на системе водоснабжения завода, автоматизированная система управления конвейерной линией, установка частотного преобразователя на двигатель центрифуги первого продукта на сахарном заводе и т.д.). По большей части это простые задачи, для решения которых идеально подходит линейка преобразователей Micromaster фирмы Siemens. Они используются для трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 120 Вт до 250 кВт. При больших мощностях (как, например, на центрифугах) используются частотные преобразователи Sinamics. При небольших мощностях устанавливается частотный преобразователь и автоматический выключатель защиты (иногда могут быть смонтированы непосредственно в шкафу управления вместе с контроллером). Управление может осуществляться как от контроллера, так и с панели оператора и от кнопок, потенциометра и т.д. При необходимости используется тормозной резистор. При больших мощностях частотный преобразователь монтируется в отдельный шкаф вместе с входным/выходным дросселем, плавкими вставками для защиты.

Настройка частотных преобразователей.

Решив оснастить какое-либо оборудование частотным преобразователем Заказчик периодически сталкивается с отсутствием на производстве специалистов по настройке частотного преобразователя. Покупая у нас частотный преобразователь Вы можете вызвать специалистов, которые проведут шеф-монтаж, настройку и ввод в эксплуатацию частотного преобразователя, обеспечив оптимальную работу двигателя и привода.

Замена двигателей постоянного тока на асинхронные, либо синхронные серводивгатели.

На производстве до сих пор встречаются двигатели постоянного тока (ДПТ), но на настоящее время они понемногу снимаются с производства — в итоге цена на них растет, сроки поставки увеличиваются. Часто ДПТ встречаются на прокатах и прессах, управление осуществляется с помощью тиристорных преобразователей. В случае выхода из строя преобразователя для ДПТ имеет смысл произвести замену только преобразователя (в данный момент Siemens выпускает преобразователи для ДПТ — линейка SIMOREG DC MASTER). Но если позволяет бюджет и Вы хотите снизить риски, связанные с выходом из строя ДПТ мы можем предложить замену ДПТ на обычные асинхронные двигатели в простых задачах и на синхронные серводвигатели, если требуется высокий момент на низких оборотах. Компанией Siemens разработана линейка серводвигателей для замены ДПТ с совпадающими характеристиками и посадочными местами. Наша компания может выполнить подбор серводвигателя по имеющимся характеристикам ДПТ, а также выполнить подбор необходимого частотного преобразователя, монтаж/шеф-монтаж оборудования, настройку и ввод в эксплуатацию. При замене ДПТ на серводвигатель с частотным преобразователем мы можем, так же, выполнить интеграцию привода в существующую систему управления.

Разработка систем линейного перемещения.

Компания «Промышленная Автоматизация» выполнила ряд проектов по разработке систем линейного перемещения. Одним из них является установка розлива клея в пластиковые ведра. Установка перемещала «голову» (пневматический клапан с подключенным рукавом подачи клея) по фиксированным координатам в трех осях. Под «головой» располагался паллет с ведрами, в которые клей разливался. Перемещение было выполнено с помощью трех мотор-редукторов фирмы Siemens и линейных модулей и направляющих Bosch. В данном конкретном случае не требовалась высокая точность, важнее была надежность при работе долгое время в непрерывном режиме.

Расчет, подбор, поставка, монтаж, ввод в эксплуатацию электродвигателей и частотных преобразователей.

Учитывая успешный опыт работы нашей компании с решениями по приводной технике мы можем предложить Заказчику решения «под ключ». После получения исходных данных для проектирования приводной системы наши специалисты выполнят подбор двигателя, частотного преобразователя и других необходимых компонентов. Монтаж частотного преобразователя может быть выполнен в шкафу Заказчика, а может быть осуществлена поставка шкафа управления с уже установленным необходимым оборудованием. После выполнения монтажа и подключения инженер выполняет настройку частотного преобразователя, тестирует и сдает в эксплуатацию систему. На оборудование и выполненные работы дается гарантия.

Принцип работы частотного преобразователя, виды, схемы подключения

Частотные регуляторы состоят из следующих устройств:

• Выпрямитель: полупроводниковые диоды конвертируют переменный ток в постоянный.
• Фильтр напряжения: используется для сглаживания постоянного напряжения, выходящего из выпрямителя, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Фильтр удаляет несущую частоту, оставляя только рабочую выходную частоту, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной, тем самым, устраняя все перенапряжения на обмотках двигателя.
• Система на основе микропроцессора: управляет входным выпрямителем, принимает и обрабатывает сигналы с датчиков, взаимодействует с автоматизированной системой более высокого уровня, записывает и сохраняет информацию о событиях, генерирует выходное напряжение преобразователя соответствующей частоты. Выполняет функции защиты от перегрузки, обрыва фазы и других аварийных режимов работы.

Структура частотного регулятора:

ЗПТ – звено постоянного тока; БП – блок питания; ДТ – датчик тока; U – амплитуда; М – мотор.

Виды частотных преобразователей

Преобразователи частоты бывают двух видов:

• С непосредственной связью. Силовая часть таких устройств представляет собой управляемый транзисторный выпрямитель, в котором поочередно открываются определенные группы блокируемых транзисторов, а обмотки статора по очереди подключают к сети.
• С выраженным звеном постоянного тока. Выходное сетевое напряжение выпрямляется и фильтруется, сглаживается, а затем подается на инвертор, где преобразуется в переменный ток требуемой частоты и напряжение необходимой амплитуды. IGBT-транзисторы выступают в качестве силовых ключей.

Преобразователи частоты электронного типа дают возможность плавно регулировать скорость асинхронных и синхронных машин одним из двух принципов:

• Скалярное управление электродвигателем: действует по линейному закону, по которому частота и амплитуда пропорциональны друг другу (для равномерного момента нагрузки их соотношение должно быть постоянным).
• Векторное управление асинхронным двигателем: поддерживает постоянный вращающийся момент нагрузки во всем диапазоне частот, тем самым повышая точность управления, привод приспосабливается к изменениям выходной нагрузки, в результате чего крутящий момент двигателя напрямую регулируется преобразователем.

В передовых моделях преобразователей частоты выполняется возможность управления следующими режимами:

• Ручное управление. Запуск и останов двигателя осуществляется при помощи панели или же пульта управления частотного преобразователя (в аварийных ситуациях регулировка скорости и останов происходит автоматически).
• Внешнее управление. Для контроля характеристик и определения режимов работы, частотно регулируемый привод с поддержкой интерфейсов передачи данных может быть подключен к системе АСУ ТП верхнего уровня.
• Дискретные входы или же «сухой контакт». В данном режиме к преобразователю частоты можно подключить внешние датчики для управления процессами автоматизированной системы.
• Управление событием. Возможность программирования времени пуска или же останова, а также работу мотора в другом режиме.

Принцип работы частотного преобразователя

Работа частотного регулятора объединяет в себе несколько этапов:

1. Выпрямление сетевого напряжения входными диодными блоками.
2. Сглаживание и фильтрование напряжения через конденсаторы LC-фильтр.
3. С помощью микросхемы и транзисторов происходит преобразование напряжения в трехфазную волну с определенными параметрами.
4. Прямоугольные импульсы на выходе интегрируются и в конечном итоге преобразуются в почти синусоидальное напряжение.

Схема принципа работы частотного преобразователя:

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

Подключение преобразователя частоты к электродвигателю

Крайне важно придерживаться правильного подключения преобразователя к электродвигателю.

Предварительно необходимо удостовериться в том, что модель преобразователя подходит проектной задаче и все характеристики частотного регулятора соответствуют параметрам двигателя.

Последовательность подключения преобразователя частоты к электродвигателю представляет из себя следующие этапы:

1. Установка автоматического выключателя перед частотником при подсоединении к сети питания.
2. Подключение фазовых выходов преобразователя к контактам двигателя согласно одной из соответствующих схем:

«Треугольник»: требуется подключить однофазный частотник к асинхронному двигателю. Схема подключения однофазного частотного преобразователя к электродвигателю:

«Звезда»: требуется подключить трехфазный частотник к асинхронному двигателю. Схема подключения частотного преобразователя для трехфазного электродвигателя:

Подключение электродвигателя звездой и треугольником – в чем разница?

Отличительными особенностями схем являются соединения концов обмоток генератора двигателя:

• «звезда»: концы обмоток соединены между собой;
• «треугольник»: конец обмотки одной из фаз соединяется с началом последующей.

Электродвигатели, подключенные к преобразователям частоты по схеме «звезда» работают плавно, но не имеют возможности развивать свою мощность на полную. Если оборудование соединено друг с другом по схеме «треугольник», двигатель будет работать на полной заявленной мощности. Недостаток такой схемы: большие значения пусковых токов.

Стоит при выборе способа подключения преобразователей частоты для асинхронных двигателей заострить внимание на определении мощности, создаваемой двигателем в различных режимах. Эксплуатация частотника с перегрузкой в течение длительного времени негативно скажется на работе оборудования. Поэтому его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет безаварийной, а срок использования оборудования будет продлен.

Панель управления, входящая в комплектацию преобразователя частоты, устанавливается в удобном для работы месте. Далее ее следует подключить согласно схеме, приведенной в инструкции к приобретенному преобразователю частоты.

Выбор преобразователя частоты для промышленного оборудования – важная и ответственная задача. Малейшие погрешности при сопоставлении параметров электродвигателя и частотного преобразователя могут привести к авариям и повлечь необратимые последствия. Чтобы этого не произошло, воспользуйтесь возможностью получить бесплатную консультацию специалистов компании «РусАвтоматизация». Наши инженеры помогут подобрать оборудование для любых условий технологического процесса.

Частотник для трехфазного электродвигателя | Блог IES Drives

Оборудование, работающее на трехфазных двигателях переменного тока, используется практически везде, в том числе на предприятиях, в лифтовом, вентиляционном и насосном хозяйствах, на объектах разного назначения и даже в быту, как правило, в частном доме. Основной парк таких электродвигателей представлен асинхронными электромоторами, которые просты, надежны и служат десятки лет. Однако такой мотор при прямом подключении к электросети имеет ряд существенных недостатков:

• малый крутящий момент при запуске при большой мощности потребления;
• сложный принцип изменения направления движения;
• ограничение на максимальную частоту вращения;
• сложность регулировки оборотов и мощности.

Все эти недостатки устраняются подключением асинхронного двигателя к сети через частотный преобразователь, который представляет собой современное электронное устройство с возможностью управления, защиты оборудования и автоматизации его работы.

Принцип работы преобразователя частоты для управления электромотором

Частотник для трехфазного электродвигателя имеет достаточно сложную схему, как правило, с микропроцессорным управлением, в то же время принцип работы этого оборудования не представляет никаких трудностей для понимания. Трехфазный частотный преобразователь подключается к электросети своими входами, а к выходным клеммам присоединяются провода питания электродвигателя. При включении системы происходит следующий процесс:

• входное напряжение каждой фазы выпрямляется;
• фильтруется от пульсаций;
• поступает на управляемый генератор частоты;
• полученный от генератора переменный ток подается на обмотки двигателя.

Напряжение и частота тока на выходе генератора изменяется с помощью органов управления преобразователя, при этом частота выходного напряжения может изменяться от нуля до частоты, которая может быть значительно выше частоты питающей электросети, что позволяет преодолеть предел скорости вращения асинхронного двигателя, подключенного напрямую.

При включении устройства, частота на выходе плавно изменяется от нуля до заданного значения, чем обеспечивается равномерный крутящий момент. При выключении мотора частота так же плавно понижается.  

Как правило, даже недорогие преобразователи имеют цепи обратной связи, например, для подключения датчика температуры, для защиты от перегрева или дифференциальной связи для поддержания контролируемого параметра в системе на заданном уровне. Например, контроль давления воды в системе ее подачи потребителям позволит управлять мотором таким образом, чтобы оно было стабильно вне зависимости от числа открытых кранов.

Как выбрать преобразователь частоты

На рынке представлены сотни моделей частотных преобразователей, которые отличаются не только фирмой-производителем, мощностью, возможностями настройки и автоматизации, но и областью применения для решения общих и узкоспециальных задач. В общем случае оборудование подбирают по таким характеристикам:

• номинальная мощность, напряжение и сила тока в управляемой нагрузке, то есть двигателя;
• диапазон регулирования частоты на выходе, который определяет максимальную скорость вращения мотора;
• тип и возможность управления;
• необходимость управления вспомогательной нагрузкой;
• число и тип линий обратной связи от датчиков;
• класс защиты от атмосферных воздействий в зависимости от места предполагаемой установки.

Эти ключевые параметры помогут значительно сузить круг выбора и получить список из нескольких моделей, среди которых можно будет подобрать наиболее подходящую, например по цене или дополнительным возможностям. Также нужно понимать, что это оборудование подбирается под задачу управления двигателем заданной мощности, поэтому покупать частотник с запасом по рабочим характеристикам нет смысла, поскольку он обойдется значительно дороже, а точность управления может ухудшиться.

Самостоятельное подключение частотного преобразователя

Процедура подключения устройства в большинстве случаев не представляет сложности и производится по схеме из документации на устройство и двигатель. В самом простом случае обеспечивается подключение 3 фаз и провода заземления к питающей сети через автомат защитного отключения и подключение двигателя к выходным клеммам частотника.

Естественно, все работы по подключению оборудования проводятся при отключенном входном напряжении с соблюдением мер техники безопасности. При решении промышленных задач к работе привлекаются специалисты с соответствующим допуском для работы с сетями трехфазного тока. Если речь идет о бытовом подключении, то лучше воспользоваться услугами специалиста, если вы не имеет опыта в работе с сетями переменного тока.

вернуться в блог

Асинхронный двигатель

— обзор

Частотно-регулируемые приводы

Асинхронные и синхронные двигатели рассчитаны на определенное соотношение напряжения к частоте ( В, / Гц). Напряжение — это напряжение питания двигателя, а частота — это частота питания. Отношение В, / Гц прямо пропорционально величине магнитного потока в магнитном материале двигателя (пластинах сердечника статора и ротора). Крутящий момент, развиваемый на валу двигателя, пропорционален силе вращающегося потока.Тип и количество магнитного материала, используемого в конструкции двигателя, являются факторами, определяющими номинальную мощность двигателя.

При постоянной частоте питающей сети более высокое напряжение вызывает более высокое соотношение В и / Гц и более высокий магнитный поток. При постоянном напряжении питания более низкая частота питания приведет к более высокому соотношению В, / Гц и более высокому потоку. Более высокий магнитный поток увеличивает крутящий момент двигателя. Когда двигатель работает при более высоком напряжении В, / Гц, чем номинальное, возникает перенапряжение, которое может вызвать насыщение статора и магнитного сердечника ротора.Насыщение вызывает перегрев и может привести к отказу двигателя. Когда двигатель работает при напряжении В и / Гц ниже номинального, магнитный поток уменьшается. Уменьшение магнитного потока снижает крутящий момент и влияет на способность двигателя выдерживать нагрузку.

Когда двигатели питаются напрямую от электросети, частота питающей сети остается постоянной, а напряжение и ток изменяются во время запуска двигателя. Во время разгона двигателя до синхронной скорости (синхронные двигатели) или скорости, близкой к синхронной (асинхронные двигатели), ток сначала возрастет в несколько раз по сравнению с номинальным током и вызовет падение напряжения.Более низкое напряжение при постоянной частоте питания означает более низкое соотношение В и / Гц и меньший магнитный поток, который влияет на крутящий момент. Как только двигатель ускоряется, напряжение восстанавливается до значения, близкого к номинальному, а крутящий момент на валу двигателя достигает номинального значения. В этом случае скорость двигателя будет постоянной и синхронной (синхронные двигатели) или близкой к синхронной (асинхронные двигатели). Если двигатели подключены напрямую к электросети, скорость определяется фиксированной частотой сети и не может контролироваться.Для управления скоростью при необходимости используются дополнительные механические системы: демпферы, клапаны, коробки передач, тормоза и т. Д. Механические системы снижают общую эффективность системы. Кроме того, как объяснялось ранее, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность, поэтому поддержание коэффициента мощности может быть проблемой для асинхронных двигателей. Синхронные двигатели не вызывают проблем с коэффициентом мощности, они действительно могут помочь.

Существует четыре категории проблем с двигателями, подключенными непосредственно к сети электропитания: высокий пусковой ток, контроль крутящего момента, контроль скорости и коэффициент мощности (только для асинхронных двигателей).Одним из эффективных способов решения проблем является использование частотно-регулируемых приводов. При использовании частотно-регулируемых приводов питание привода осуществляется от сети, а питание двигателя — от привода.

ЧРП

управляют скоростью и крутящим моментом двигателя, управляя частотой и величиной напряжений и токов, подаваемых на двигатель. Каждый частотно-регулируемый привод имеет три секции: выпрямитель, фильтр с накопителем энергии и инвертор. Типичная концептуальная конфигурация показана на рис. 7.22.

Рис. 7.22. Типичная конфигурация ЧРП.

Выпрямитель берет синусоиду фиксированной частоты и величины напряжения из сети и выпрямляет ее в форму сигнала постоянного тока.

Фильтр принимает форму сигнала постоянного тока от выпрямителя и обеспечивает почти чистый линейный постоянный ток. Накопитель энергии используется для поддержания мгновенного энергетического баланса. Если при сбалансированной трехфазной нагрузке общая мощность остается постоянной от момента к моменту, а с идеальным преобразователем, накопление энергии не потребуется. На практике преобразователям требуется накопитель энергии для хранения энергии, достаточной для питания двигателя в течение коротких интервалов, когда мощность нагрузки превышает входную мощность.Конденсаторы и индукторы используются для хранения энергии.

Инвертор преобразует мощность постоянного тока обратно в переменный ток через набор электронных переключателей (MOSFET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор), IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), IGCT (встроенный тиристор с коммутацией затвора), GTO (затвор) отключающий тиристор) и др.). Эти переключатели, открывая и закрываясь с определенной скоростью и продолжительностью, могут инвертировать постоянный ток и воссоздавать выходные токи и формы сигналов напряжения, которые имитируют синусоидальные формы сигналов переменного тока.Затем двигатель получает питание от выхода инвертора.

Формы выходных сигналов представляют собой сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Они называются сигналами ШИМ, потому что они создаются несколькими импульсами переключателей с короткими интервалами. Величину и частоту сигналов напряжения ШИМ можно регулировать. Изменяя время, импульсы и какие переключатели срабатывают, частота может быть увеличена или уменьшена. Изменяя ширину и длительность импульсов, можно увеличивать и уменьшать среднее напряжение на двигателе.Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой показана на рис. 7.23.

Рис. 7.23. Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой.

При использовании в качестве примера асинхронного двигателя асинхронный двигатель может эффективно работать только при скорости, близкой к синхронной скорости вращающегося поля. Управление скоростью требует непрерывного изменения скорости вращающегося поля, что требует изменения частоты.

Когда выходное напряжение инвертора на каждой выходной частоте инвертора регулируется таким образом, чтобы соотношение В, / Гц поддерживалось постоянным до номинальной скорости, можно получить семейство кривых крутящего момента-скорости, аналогичных рис.7.24.

Рис. 7.24. ЧРП Поставляемый асинхронный двигатель с кривой крутящего момента-скорости с изменением напряжения и частоты и постоянным соотношением В, / Гц.

Точка «а» на рис. 7.24 соответствует крутящему моменту без нагрузки и скорости без нагрузки при частоте питания инвертора 25 Гц. От без нагрузки в точке «a» до полной нагрузки в точке «b» скорость немного снизится. Если требуется поддерживать постоянную скорость из точки «а», регулятор частотно-регулируемого привода повысит частоту, так что рабочая точка при полной нагрузке переместится в точку «с».”Управление частотно-регулируемым приводом также будет повышать напряжение пропорционально увеличению частоты, чтобы поддерживать постоянное соотношение В, / Гц при полной нагрузке и, таким образом, поддерживать крутящий момент при полной нагрузке.

Из рис. 7.24 видно, что момент отрыва постоянен во всех точках ниже номинальной скорости, за исключением низких частот. На низких частотах тяговый момент снижается из-за сопротивления статора. Когда частота приближается к нулю, падение напряжения из-за сопротивления статора становится важным, и уменьшение магнитного потока, вызывающее уменьшение крутящего момента, становится заметным.Этот эффект известен и легко смягчается с помощью низкоскоростного повышения напряжения: увеличения отношения В, / f на низких частотах для восстановления магнитного потока. На рис. 7.25 показан типичный набор кривых крутящий момент-скорость для привода с повышением напряжения на низкой скорости.

Рис. 7.25. График зависимости крутящего момента от частоты вращения асинхронного двигателя с частотно-регулируемым приводом с изменением напряжения и частоты, постоянным соотношением В, / Гц до номинальной скорости и повышением напряжения на низкой скорости.

При превышении номинальной скорости соотношение В, / Гц больше не может поддерживаться постоянным, поскольку напряжение не может превышать номинальное напряжение двигателя во избежание пробоя изоляции двигателя.Повышение частоты сверх номинальной частоты возможно и приведет к более высокой скорости, но при сохранении напряжения на уровне номинального напряжения и, следовательно, при уменьшении соотношения В и / Гц плотность магнитного потока и крутящий момент уменьшатся.

Преимущество двигателей, поставляемых с частотно-регулируемым приводом, заключается в том, что двигатель может обеспечивать одинаковый максимальный крутящий момент от нулевой до номинальной скорости. Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянного крутящего момента». Непрерывная работа с максимальным крутящим моментом на практике не выполняется из-за тепловых ограничений.Верхний предел крутящего момента, равный номинальному крутящему моменту двигателя, обычно устанавливается в контроллере.

Благодаря двигателям, поставляемым с частотно-регулируемым приводом, и их наличию высокого крутящего момента на низких скоростях можно избежать проблем пуска, общих для операций с фиксированной частотой (начальное высокое скольжение, высокий пусковой ток, падение напряжения и уменьшение крутящего момента). Двигатель с ЧРП запускается с низкой частоты, которая постепенно увеличивается. Скорость скольжения ротора всегда мала, и ротор непрерывно работает с оптимальным крутящим моментом.Номинальный крутящий момент доступен на низких скоростях, а пусковой ток не превышает номинального тока полной нагрузки. Двигатель может запускаться от недельной сети электроснабжения, не вызывая нарушений напряжения в питающей сети.

Как упоминалось ранее, двигатель с частотно-регулируемым приводом может развивать любой крутящий момент до номинального крутящего момента на любой скорости вплоть до номинальной. Эта область называется областью «постоянного крутящего момента». При превышении номинальной скорости В, / Гц будет снижаться, потому что напряжение остается постоянным при номинальном напряжении двигателя, ток статора и ротора также остаются постоянными, а скорость и частота увеличиваются, поэтому плотность магнитного потока будет уменьшаться, а крутящий момент будет уменьшаться обратно пропорционально Частота.Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянной мощности». Область постоянной мощности примерно в два раза превышает номинальную скорость. За пределами области постоянной мощности находится область высоких скоростей, где предел тока совпадает с пределом крутящего момента отрыва, который уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты, поэтому постоянная мощность больше не может поддерживаться. Области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости показаны на рис. 7.26.

Рис. 7.26. ЧРП предоставил кривую крутящего момента-скорости асинхронного двигателя в области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости.

В двигателях с ЧРП важно отметить, что кривые крутящий момент-скорость показывают крутящий момент, который двигатель может создать для каждой частоты, но не то, как долго и может ли двигатель работать в каждом состоянии непрерывно. Если в приложении с двигателем, поставляемым с частотно-регулируемым приводом, используется стандартный асинхронный двигатель, необходимо учитывать ограничения по нагреву. Стандартный промышленный двигатель обычно заключен в корпус с вентилятором, установленным на внешнем валу, который обдувает воздухом внешний корпус с оребрением. Стандартная конструкция и охлаждение двигателя предназначены для непрерывной работы при фиксированной частоте и номинальной скорости, подаваемой в сеть.Когда стандартный промышленный двигатель работает, подключенный к ЧРП, который производит низкую частоту и запускает двигатель на низкой скорости, охлаждение двигателя становится проблемой. Двигатель будет способен создавать номинальный крутящий момент на низкой скорости, но в этих условиях он будет работать при более высоких температурах, что может существенно повлиять на срок службы двигателя или вызвать перегрев и отказ двигателя.

Когда двигатель используется в приложениях с частотно-регулируемым приводом, важно указать сценарии работы, соответствующим образом спроектировать охлаждение и использовать двигатели, подходящие для работы с инвертором.

Помимо охлаждения, при использовании двигателей с частотно-регулируемым приводом при проектировании необходимо учитывать и другие факторы, такие как влияние гармоник от частотно-регулируемого привода на сеть, конфигурация кабеля и размеры от частотно-регулируемого привода до двигателя и т. Д.

Что произойдет, если подключить к сети вращающийся асинхронный двигатель?

Все машины переменного тока (синхронные и индукционные) имеют окно возможности для повторного включения. Базовое разрешение для АПВ (также известное как «переключение по шине») либо «быстрое», либо «медленное».

Обычно «быстрое» АПВ происходит в течение нескольких циклов (думаю, меньше 8, а часто меньше 6). С точки зрения фактического истекшего времени, это, безусловно, будет быстрее, чем 0,12 секунды. Если вы пытаетесь сделать это на синхронной машине, она ДОЛЖНА иметь бесщеточное возбуждение, поскольку это может быть сделано только с возбужденным полем ротора.

«Медленные» попытки АПВ возникают после продолжительного периода, когда энергия в системе — и особенно в роторе — значительно снизилась.(ПРИМЕЧАНИЕ — это МОЖЕТ означать ожидание, пока ротор полностью остановится!)

Основной принцип асинхронного двигателя заключается в том, что ротор вращается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого в статоре и роторе. Если вы выключите двигатель (обесточив обмотку статора), сердечник статора не будет иметь магнитного поля, управляемого током статора (равным нулю), однако ротор (независимо от того, является ли он коротким или скользящим) все равно будет иметь циркулирующий ток. экспоненциально уменьшается на сопротивление цепи.Этот ток действительно создает магнитное поле как в роторе, так и в статоре. Теперь условие повторного замыкания и поведение будут зависеть от фактического взаимодействия между существующей амплитудой магнитного поля и фазовым сдвигом по сравнению с вновь созданной амплитудой поля и фазовым сдвигом.

Вся история сводится к ситуации, очень похожей на синхронизацию. В правильной фазе пик тока незначителен, в то время как в противофазе ток может быть в n раз выше, чем нормальный пусковой ток.

Эти асинхронные двигатели способны генерировать энергию, сопоставимую с их номинальной мощностью, по крайней мере, мне удалось заставить их генерировать, но это не так просто — токи должны течь все время, люди используют относительно большие (я использовал около 30 мкФ на фазу для двигателя мощностью около 1 кВт) для поддержания протекания этих токов.

При отключении от сети / нагрузки / конденсаторов эти токи больше не протекают, и двигатель останавливает генерацию, и это не так просто (вы должны подключить эти конденсаторы, разогнать двигатель до резонансной скорости и только тогда, когда напряжение станет достаточно высоким, вы можете подключить нагрузку и начать использовать ее в качестве генератора), чтобы она снова сгенерировала.

Можно использовать двигатели в качестве сетевых генераторов, если вращать их со скоростью, превышающей скорость ползуна, но все это не имеет отношения именно к этому случаю. Когда токи прерываются хотя бы на мгновение — асинхронный двигатель больше не генератор.

Если двигатель был подключен к источнику, на несколько циклов будет обратная ЭДС. Если асинхронный двигатель шунтируется конденсатором коррекции коэффициента мощности, обратная ЭДС будет продолжаться более 60 циклов. Если вы подключитесь к источнику с напряжением на выводах асинхронного двигателя, вы увидите высокие токи на короткое время.Эти токи могут повредить обмотку двигателя, поскольку они превышают нормальный бросок тока. Точно так же ведет себя пускатель с открытым переходом звезда-треугольник.

Однако, если двигатель ускоряется почти до полной скорости от внешнего источника, как было указано выше, двигатель достигает своей нормальной рабочей скорости. Скорость скольжения будет определяться нагрузкой.

Перезапустить все еще вращающийся электродвигатель путем прямого подключения к источнику питания возможно, но сначала необходимо учесть некоторые аспекты.Во-первых, когда двигатель запитан прямо в сеть (DOL), ему потребуется столько энергии, сколько он может получить, чтобы как можно скорее разогнаться до полной скорости. Поэтому наилучшие результаты будут достигнуты, когда скорость будет максимально приближена к нормальной, а нагрузка будет иметь наименьшую инерцию. Поскольку скорость ниже, а инерция выше, удар от повторного включения двигателя вызовет падение напряжения, потерю крутящего момента, а также вызовет нагрузку на ведомые компоненты нагрузки. Система подачи и вращающиеся части должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать этот удар, иначе они будут повреждены.

В прошлом реакторы или резисторы использовались для смягчения кратковременных высоких токов при подключении асинхронного двигателя к линии, которая была ускорена почти до полной или немного превышающей скорость с помощью инвертора, а затем подключена к источнику питания. Типа стартера с замкнутым переходом звезда-треугольник.

Подключение двигателя с ЧРП, треугольником или звездой?

Для асинхронных двигателей, если двигатель работает с высоким уровнем магнитного потока, ток намагничивания потока обмотки имеет значительную долю третьей гармоники, которая может протекать вокруг обмотки треугольником, не появляясь в линиях к частотно-регулируемому преобразователю.

Это хорошо для формы волны магнитного потока, но это не обнаруживается внутренними датчиками тока частотно-регулируемого привода, поэтому вы можете получить избыточный магнитный поток и получить высокие токи обмотки двигателя, что приведет к перегреву двигателя без индикации на частотном преобразователе. Поэтому с Delta я рекомендую наматывать датчики тока, но это дополнительные сложности.

При использовании звезды «звезда» все гармоники воспринимаются инвертором, который останавливает перегрев, но инвертор не может подавать третью гармонику в обычной трехпроводной схеме.

Я предпочитаю иметь соединение звездой в случае получения заземленной нейтрали, чтобы иметь свободный путь к земле для высокочастотного шума инверторной системы независимо от двигателя, но это может не беспокоить вас, если другой соединения вокруг системы нечувствительны к шуму, тогда использование соединения треугольником может сэкономить вам на стоимости медного провода, если вы путешествуете на большом расстоянии от частотно-регулируемого привода.Затем вы можете заземлить корпус двигателя. Мы также должны учитывать конструкцию двигателя. Это двигатель с инверторным режимом или двигатель с прямым подключением? На какое напряжение настроены обмотки и есть ли у них схема подключения треугольником или звездой?

Опишу один частный случай подключения двигателя.
Это вариант, как получить от двигателя больше механической мощности по сравнению с прямым включением.
Условия :

1. Сетевое питание на частотно-регулируемый привод выше, чем номинальное напряжение двигателя
   (пример: вход частотно-регулируемого привода 3×400 В, двигатель подключен по схеме треугольника 3×230 В, 50 Гц)
2. Номинальный выходной ток частотно-регулируемого привода не менее тока двигателя при соединении треугольником.
3. Установите в параметрах частотно-регулируемого привода данные двигателя следующим образом:
   Номинальное напряжение двигателя 400 В, номинальная частота двигателя 87 Гц.

Результаты :

1. Линия V / f проходит через номинальную точку двигателя 230 В 50 Гц до максимальной точки 400 В 87 Гц с правильным соотношением.
2. Двигатель развивает постоянный (номинальный) крутящий момент от низкой частоты до максимального на 87 Гц.
3. Согласно формуле Мощность = Крутящий момент * Скорость вращения, двигатель с частотой 87 Гц может обеспечивать механическую мощность в 1,7 раза выше, чем при прямом подключении к сети.
   (отношение 87/50 Гц равно отношению 400/230 В или квадратному корню из 3)

VFD — Learnchannel-TV.com

Управление двигателем с ЧРП или частотно-регулируемым приводом

В этом видео описывается работа частотно-регулируемого привода VFD или . Другие названия для этого: преобразователь частоты , преобразователь привода переменного тока и т. Д. Из содержания:

Блок-схема его основных компонентов и их функций
Построение выходного сигнала с помощью ШИМ с широтно-импульсной модуляцией
Построение трехфазного сигнала
Управление крутящим моментом и скоростью
Параметр Boost и рампы
Техническая реализация DC / Преобразователь переменного тока

Преобразователь частоты позволяет плавно регулировать скорость и крутящий момент как синхронных, так и асинхронных двигателей.
Принцип работы преобразователя частоты прост: сначала необходимо выпрямить переменное напряжение местного источника питания, а затем сглаживать пульсирующее постоянное напряжение. После этого вы можете преобразовать это постоянное напряжение в переменный ток желаемой частоты и уровня:

Структура ЧРП

Выпрямитель
Преобразователи частоты меньшего размера для меньшей мощности также могут питаться от однофазного переменного напряжения. Выпрямляется по мостовой схеме. Если энергия торможения двигателя должна подаваться обратно в источник питания (ключевое слово: рекуперативное торможение), здесь используется полностью управляемый мостовой выпрямитель B6C.

Сглаживание
Пульсирующее напряжение постоянного тока сглаживается в звене постоянного тока буферным конденсатором, а также катушка индуктивности дросселирует сильные колебания тока.

Тормозной прерыватель
Этот модуль является дополнительным и служит для отвода энергии торможения подключенного двигателя через резистор.

Инвертор
Кроме того, уже сглаженное напряжение в звене постоянного тока преобразуется в трехфазное напряжение с помощью инвертора постоянного / переменного тока.Сегодня для этой функции используется все больше и больше IGBT.

ИНСТРУКЦИИ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И ОБСЛУЖИВАНИЮ
Из-за наличия конденсаторов в звене постоянного тока у вас все еще остается высокое напряжение после выключения частотно-регулируемого привода.
Квалифицированный персонал должен подождать не менее десяти минут, прежде чем открыть это устройство и проверить, разряжен ли частотно-регулируемый привод.

P Параметризация VFD

Управление U / f (векторное управление)

Управление

V / f — это самый простой метод управления трехфазной асинхронной машиной, который применяется для приводов с небольшими требованиями к динамическому приводу (таких как ременные передачи, насосы, вентиляторы).

Цель состоит в том, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент двигателя. Это достигается с помощью параметра под названием « Ramp »:

С увеличением частоты увеличивается и сопротивление обмотки двигателя. В результате ток двигателя уменьшится, а, следовательно, и магнитный поток Φ, что приведет к меньшему крутящему моменту. Чтобы противодействовать этому, напряжение статора увеличивается пропорционально частоте.

Параметр « Boost » предназначен для компенсации омического сопротивления обмотки двигателя, особенно на низких частотах, а также для преодоления статического трения:

Параметр VFD

Работа 87 Гц с частотно-регулируемым приводом:

Для получения более высоких скоростей с постоянным крутящим моментом может использоваться характеристика 87 Гц.Меньшие двигатели до прибл. 3 кВт обычно переключаются на звезду при напряжении питания 400 В. Диапазон ослабления поля начинается с 50 Гц, и крутящий момент двигателя падает. Если эти двигатели теперь подключены по схеме треугольника, базовая частота может быть установлена ​​на 87 Гц. Таким образом, крутящий момент двигателя может поддерживаться постоянным до 87 Гц.

рис .: ЧРП, работающий при 87 Гц

Что вы видите: Таким образом, характеристика для соединения треугольником более плоская и достигает максимального выходного напряжения инвертора 400 В при 87 Гц.С помощью этой уловки вы можете увеличить выходную мощность, поскольку двигатель по-прежнему обеспечивает номинальный крутящий момент на частоте 87 Гц. Однако обмотки двигателя испытывают большую нагрузку на изоляцию, и двигатель больше нагревается.

Как работает инверторный привод и регулирует скорость асинхронного двигателя переменного тока

Инверторный привод (VFD) работает, беря сеть переменного тока (одно- или трехфазную) и сначала выпрямляя ее в постоянный ток, постоянный ток обычно сглаживается конденсаторами и часто дросселем постоянного тока, прежде чем он будет подключен к сети силовых транзисторов, чтобы превратить его в три фазы для мотора.

Сеть силовых транзисторов небольшого инверторного привода на самом деле представляет собой один «интеллектуальный силовой модуль» (известный как IPM) и включает в себя собственные схемы защиты и основные схемы управления. IPM преобразует постоянный ток в переменный — отсюда и термин «инвертор».

Метод управления известен как «ШИМ» для «широтно-импульсной модуляции». Это означает, что постоянный ток включается и выключается очень быстро (прерывается) транзисторными переключателями. Синусоидальная волна тока двигателя создается серией импульсов постоянного тока, в которых первый имеет очень короткий период включения, за ним следует более длительный период включения, затем более длинный, пока самый широкий импульс не появится в центре положительной синусоидальной волны, затем меньше до тех пор, пока постоянный ток не будет инвертирован и такая же последовательность импульсов не сгенерирует отрицательную часть синусоидальной волны.

Поскольку транзисторами можно управлять в любое время, другие фазы управляются большим количеством транзисторов, смещенных на время, необходимое для равномерного распределения фаз под углом 120 градусов. Частота включаемых импульсов известна как «частота переключения».

Частота переключения обычно составляет от 3 кГц до 4 кГц, поэтому импульсы, которые он производит для 50 Гц, будут составлять 3000/50 или 60 импульсов на полную синусоидальную волну или каждую фазу. Когда фиксированные импульсы напряжения подаются на индуктивность двигателя, результатом является управление как напряжением (по ширине фиксированных импульсов напряжения), так и частотой (путем распределения прогрессии и регрессии длительностей импульсов по большей части базовой частоты переключения). импульсы).

Из приведенного выше вы можете видеть, что IPM в инверторном приводе будет управлять напряжением и частотой практически в любом диапазоне, о котором ему говорят настройки параметров в VFD. Это означает, что при настройке инверторного привода мы можем выбрать запуск небольшого двигателя 230 В, подключенного по схеме треугольника, от однофазного источника питания 230 В с базовой частотой, установленной на 50 Гц, небольшого двигателя с подключением звездой на 400 В от трехфазного источника питания 400 В или любого другого. Расположение напряжения и частоты, которые мы выбираем, будет правильно направлять двигатель.

Двигатель будет правильно наведен, когда его кривая напряжения поднимется от примерно нуля x 0 Гц до его базовой частоты x нормального напряжения. Базовая частота и напряжение соответствуют значениям, указанным на паспортной табличке двигателя.

Это также означает, что мы можем правильно направить поток других двигателей, таких как двигатель 400 В x 50 Гц, от источника питания 230 В при трехфазном напряжении 230 В, установив базовую частоту на 29 Гц (при пониженной скорости), или запустить двигатель, подключенный к 230 В, от 400 В, установив базовую частоту на 87 Гц (на повышенной скорости и мощности).

Электрическое торможение применяется к валу двигателя через привод инвертора, если установленный продукт имеет это положение и присутствует тормозной резистор (DBR). Входной каскад инверторного привода является односторонним силовым устройством, а выходной каскад позволяет энергии течь в обоих направлениях. Отсюда следует, что инерция нагрузки вернет накопленную энергию в привод инвертора, когда будет предпринята попытка замедлить его скорость с большей скоростью, чем это было бы при естественном замедлении или выбеге.

В этом случае напряжение на шине будет расти, если его не удерживать. Сглаживающие конденсаторы будут заряжаться при увеличении напряжения на шине, и это приведет к небольшому торможению вала двигателя. Обычно это около 10%, но зависит от размера сглаживающего конденсатора.

Тормозной выключатель или «прерыватель» должен присутствовать, чтобы направить энергию торможения в тормозной резистор. Резистор обычно внешний и рассчитан на пропускание тока, достаточного для соответствия номинальному току тормозного выключателя, не настолько высок, чтобы быть неэффективным, и имеет физический размер (Вт), чтобы он не перегревался.
Кнопка «Какой резистор» в правом нижнем углу экрана содержит инструкции по подбору резисторов в самом низу таблицы рассчитанных комбинаций резисторов.

Примечание: Обычно двигатели допускают частоту коммутации до 5 кГц, прежде чем потребуется специальная изоляция или снижение номинальных характеристик для использования с инверторами.

Методы регулирования скорости для различных типов двигателей с регулировкой скорости

Казуя ШИРАХАТА

Ориентал Мотор Ко., Ltd. предлагает широкий выбор двигателей с регулировкой скорости. Наши комплекты двигателей с регулировкой скорости включают двигатель, привод (контроллер) и потенциометр, который позволяет легко регулировать скорость. Существует три группы продукции для двигателей с регулировкой скорости. «Блок управления скоростью переменного тока», в котором используется самый популярный однофазный асинхронный двигатель с конденсаторным приводом, небольшой и высокоэффективный «Бесщеточный двигатель постоянного тока» и «Блок инвертора», который объединяет трехфазный асинхронный двигатель с небольшой инвертор.В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности каждой группы продуктов, а также представлены наши стандартные продукты.

1. Введение

Большое количество двигателей используется для общих целей в нашем окружении, от домашнего оборудования до станков на промышленных предприятиях. Электродвигатель в настоящее время является необходимым и незаменимым источником энергии во многих отраслях промышленности. Эти двигатели имеют самые разные функции и характеристики.Сосредоточив внимание на сегменте управления скоростью на рынке двигателей, серводвигатели и шаговые двигатели управляют своей скоростью с помощью последовательности импульсов, в то время как асинхронный двигатель и бесщеточный двигатель постоянного тока регулируют скорость с помощью внешнего резистора и / или напряжения постоянного тока.
В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности следующих трех групп продуктов, которые могут относительно легко управлять скоростью с помощью аналогового входа.

• Электродвигатели и мотор-редукторы переменного тока с регулировкой скорости
• Бесщеточные двигатели постоянного тока и мотор-редукторы
• Инверторный блок

2.Методы управления скоростью различных двигателей с регулировкой скорости

Метод управления выходом схемы управления скоростью можно условно разделить на две группы: управление фазой и управление инвертором, которые составляют группы продуктов, показанные на рис. 1.

Рис.1 Классификация двигателей с регулировкой скорости

2.1. Двигатели с регулировкой скорости переменного тока

2.1.1. Строительство двигателя

Как показано на рис. 2, конструкция однофазного и трехфазного асинхронных двигателей включает статор, на котором намотана первичная обмотка, и цельный алюминиевый ротор в форме корзины, отлитый под давлением.Ротор недорогой, потому что конструкция проста и не использует магнит.

Рис.2 Конструкция асинхронного двигателя

Когда необходимо управлять скоростью этого двигателя, для определения скорости используется тахогенератор, который присоединяется к двигателю, как показано на рис. 3. Тахогенератор состоит из магнита, подключенного непосредственно к валу двигателя. и катушка статора, которая обнаруживает магнитные полюса и генерирует переменное напряжение с частотой 12 циклов на оборот.Поскольку это напряжение и частота увеличиваются с увеличением скорости вращения, скорость вращения двигателя регулируется на основе этого сигнала.

Рис.3 Система электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

2.1.2. Принцип управления скоростью
Скорость вращения N асинхронного двигателя может быть выражена выражением (1). Когда напряжение, прикладываемое к двигателю, увеличивается и уменьшается, изменяется скольжение s , затем изменяется частота вращения N.
N = 120 · f · (1- s ) / P · · · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

В случае асинхронного двигателя, показанного на рис. 4, на кривой «Скорость вращения — крутящий момент» существует стабильный диапазон и нестабильный диапазон. Поскольку невозможно надежно работать в нестабильном диапазоне, простое управление напряжением (управление разомкнутым контуром) ограничивается управлением скоростью в узком диапазоне, например N1 ~ N3 на рис.5. Чтобы обеспечить надежную работу даже в вышеупомянутом нестабильном диапазоне, необходимо определять скорость вращения двигателя и использовать механизм регулирования напряжения (управление с обратной связью), который снижает ошибку скорости по сравнению с установить значение.

Рис. 4 Частота вращения — характеристики крутящего момента асинхронных двигателей

Рис.5 Простое управление напряжением

Доступные методы управления напряжением включают управление трансформатором или управление фазой.На рис. 6 показано, когда напряжение регулируется с помощью трансформатора. Этот метод не так-то просто сделать с двигателем, регулирующим скорость переменного тока. В качестве альтернативы, напряжение переменного тока можно регулировать, задав время включения / выключения каждого полупериода переменного напряжения (50 или 60 Гц), подаваемого на двигатель, с помощью переключающего элемента (тиристора или симистора), который может напрямую включать и выключать переменный ток. напряжение, как показано на Рис. 7 и Рис. 8. Регулирование скорости достигается методом фазового регулирования путем управления среднеквадратичным значением значение переменного напряжения.

Рис.6 Изменение напряжения трансформатором

Рис.7 Изменение напряжения при фазовом управлении

Рис.8 Цепь управления симистором

Этот метод управления скоростью переменного тока может обеспечить устойчивое управление скоростью за счет регулирования фазы с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 показана конфигурация системы управления скоростью для электродвигателя управления скоростью переменного тока в виде блок-схемы.

Рис.9 Блок-схема системы электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

Рис.10 Форма сигнала для каждого блока

На рис. 10 показаны формы сигналов каждого блока. Установленное значение d скорости и обнаруженное напряжение e скорости, генерируемое тахогенератором, сравниваются в блоке усилителя сравнения. Затем определяется уровень сигнала напряжения a .
Сигнал напряжения a имеет низкий уровень, когда обнаруженное значение скорости до установленного значения скорости увеличивается, и выше, когда установленное значение скорости уменьшается.Поскольку сигнал запуска выводится в точке, где треугольная волна b, пересекается с сигналом напряжения a, , определяется синхронизация (фазовый угол), когда симистор включен, с уровнем сигнала напряжения a, . Когда это время является медленным, напряжение, подаваемое на двигатель, становится низким, и скорость вращения двигателя уменьшается. Пониженная скорость вращения возвращается снова, и управление повторяется, так что разница между определенным значением скорости и установленным значением скорости всегда может быть постоянной.
На рис. 11 показан внешний вид упомянутого выше регулятора скорости. На рис. 11 рабочая точка двигателя образует контур Q-R-S-T-Q с центром на O, и скорость вращения поддерживается между N1 и N2. Этот цикл максимально сокращен за счет повышения точности определения скорости.

Рис.11 Работа регулятора скорости

Двигатель с регулировкой скорости переменного тока имеет следующие особенности при использовании этого регулирования фазы с обратной связью.
1) Поскольку напряжение переменного тока регулируется напрямую, схема управления скоростью может быть сконфигурирована просто потому, что схема сглаживания не нужна, что позволяет получить компактную конструкцию по низкой цене.
2) Таким же образом возможна долговечная конструкция, поскольку нет необходимости в большом алюминиевом электролитическом конденсаторе.
3) Переключение выполняется только один раз в течение каждого полупериода промышленного источника переменного тока, что снижает уровень генерируемого шума.

2.1.3. Характеристики
Двигатели с регулировкой скорости вращения электродвигателя переменного тока обычно имеют характеристики «Скорость вращения — крутящий момент», показанные на рис.12.

Рис.12 Характеристики скорости вращения и момента

«Строка безопасной эксплуатации» приведена на рис. 12. «Строка безопасной эксплуатации» представляет собой ограничение, при котором двигатель может работать в непрерывном режиме без превышения максимально допустимой температуры.

2.2. Бесщеточный блок управления скоростью постоянного тока
2.2.1. Конструкция двигателя
Что касается конструкции бесщеточного двигателя, катушка соединена звездой (Y-разводкой) с тремя фазами: U, V и W и расположена в статоре, а ротор состоит из магнитов. намагниченный в многополюсной конфигурации, как показано на рис.14.
Внутри статора три ИС Холла расположены как магнитные элементы, так что разность фаз выходного сигнала от каждой ИС Холла будет составлять 120 градусов при каждом повороте ротора.

Рис.14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

2.2.2. Принцип управления скоростью
Как показано на рис. 15, характеристики вращательной скорости-момента бесщеточного двигателя постоянного тока показывают отрицательную наклонную характеристику, когда его скорость не контролируется, что аналогично тому, как у щеточного двигателя постоянного тока.

Рис.15 Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока

Когда нагрузка не приложена и входное напряжение установлено на V2 на рисунке 15, рабочая точка двигателя становится P, а скорость вращения равна N1. Когда прикладывается крутящий момент T1 нагрузки, рабочая точка смещается к Q, а скорость вращения снижается до N2, однако скорость вращения возвращается к N1, если напряжение повышается до V3. Следовательно, поскольку скорость вращения изменяется всякий раз, когда изменяется крутящий момент нагрузки, механизму управления скоростью нужно будет только изменять входное напряжение всякий раз, когда наблюдается изменение скорости, чтобы поддерживать постоянную скорость на линии PR.
Этот контроль напряжения реализуется инвертором в выходной части схемы управления (драйвер). Этот инвертор генерирует трехфазное переменное напряжение из постоянного тока путем включения и выключения, как в последовательности, показанной на рисунке 16 (b), с использованием шести переключающих элементов (FET или IGBT), показанных на рисунке 16 (a).

Рис.16 (a) Выходная часть цепи управления (драйвер)

Рис.16 (b) Последовательность переключения

Переключающие элементы подключены к обмотке двигателя, как показано на рис.16 (a), и состояние ВКЛ / ВЫКЛ переключающего элемента определяет, какая катушка статора находится под напряжением и в каком направлении будет течь ток, то есть какая катушка станет полюсом N или полюсом S.
Фактически, положение магнитного полюса ротора определяется ИС Холла, и соответствующий переключающий элемент включается или выключается, как показано на Рис. 16 (b). Например, в случае шага 1 транзисторы Tr1 и Tr6 включаются, и ток течет из U-фазы в W-фазу. В это время U-фаза возбуждается как полюс N, а фаза W становится полюсом S, и ротор поворачивается на 30 градусов, переходя к шагу 2.Один оборот ротора выполняется повторением этой операции 12 раз (шаги 1 ~ 12).
Рис. 17 показывает конфигурацию для управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока в виде блок-схемы.

Рис.17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

Последовательность переключения инвертора определяется сигналом от ИС Холла в части определения положения на блок-схеме, и двигатель вращается.
Затем сигнал от ИС Холла отправляется на датчик скорости, чтобы стать сигналом скорости, и он сравнивается с сигналом установки скорости в блоке усилителя сравнения, который затем генерирует сигнал отклонения.Значение входного тока двигателя определяется блоком настройки ШИМ на основе сигнала отклонения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют следующие особенности.
1) Он имеет высокий КПД, потому что используется ротор с постоянными магнитами, а вторичные потери малы.
2) Инерция ротора может быть уменьшена, и достигается высокая скорость реакции.
3) Можно уменьшить размер двигателя, потому что он очень эффективен.
4) Колебания скорости при изменении нагрузки незначительны.

Фиг.16 показана типичная последовательность переключения (метод подачи напряжения на 120 градусов). Еще более эффективная система бесщеточного двигателя постоянного тока использует метод возбуждения синусоидальной волны, получая информацию о положении ротора с высоким разрешением из программного обеспечения из сигнала IC Холла. Этот метод обеспечивает малошумный метод управления двигателем, поскольку ток, протекающий через двигатель, не изменяется быстро. (2)

Рис. 18 Сравнение напряжений, прикладываемых при использовании метода возбуждения синусоидальной волны и метода возбуждения 120 градусов

2.2.3. Характеристики
Характеристики скорости вращения и крутящего момента бесщеточного двигателя постоянного тока имеют ограниченную рабочую область в дополнение к области непрерывной работы.
Ограниченная рабочая зона очень эффективна при запуске инерционной нагрузки. Однако, когда работа в ограниченном режиме работы продолжается в течение пяти секунд или более, активируется функция защиты водителя от перегрузки, и двигатель замедляется до полной остановки.

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип регулирования скорости

Инверторный блок управляет скоростью трехфазного асинхронного двигателя, изменяя частоту f напряжения, подаваемого на двигатель. Инверторный блок изменяет частоту f, изменяя цикл включения / выключения шести переключающих элементов, а скорость вращения (N) двигателя изменяется пропорционально выражению в формуле (1).

N = 120 · f · (1- s ) / P ·· · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

Кроме того, чтобы напряжение, подаваемое на обмотку, имело синусоидальную форму, инвертор регулирует рабочий цикл ВКЛ / ВЫКЛ, как показано на рис.21. Время включения / выключения регулируется таким образом, что среднее напряжение, приложенное к двигателю, приобретает форму синусоиды, путем сравнения треугольной волны, называемой несущим сигналом, с формой сигнала синусоидальной формы. Этот метод называется ШИМ-управлением.

Рис.19 Дежурный контроль ВКЛ / ВЫКЛ

Метод управления скоростью наших инверторных блоков делится на два типа: управление без обратной связи, которое просто изменяет скорость, и управление с обратной связью, которое уменьшает изменение скорости при изменении нагрузки двигателя.
1) Управление без обратной связи
На рис. 22 показана конфигурация управления без обратной связи в виде блок-схемы.

Рис.20 Блок-схема управления разомкнутым контуром

Этот метод используется для изменения входного напряжения и частоты двигателя в соответствии с заданной частотой. Этот метод подходит для изменения скорости и может достигать высоких скоростей (частоту можно установить до 80 Гц.) Просто тогда, когда регулирование скорости с изменяющимися нагрузками не представляет особой важности.
Создаваемый крутящий момент T двигателя показан формулой (2).Из этого соотношения можно сказать, что крутящий момент также будет постоянным, если сделать постоянным V / f, отношение напряжения V к частоте f.

Ｔ Ｋ ・ Ｉ ・ Ｖ ／ ｆ ・ ・ ・ （２）

Ｔ ： Крутящий момент [Н · м]
Ｖ ： Напряжение источника питания [В]
Ｉ ： Ток двигателя [A]
ｆ ： Частота [Гц]
Ｋ ： Постоянная

Однако чем ниже скорость, тем труднее поддерживать постоянным входное сопротивление асинхронного двигателя при изменении f.Следовательно, чтобы получить постоянный крутящий момент от низкой скорости к высокой скорости, необходимо отрегулировать отношение V / f на низкой скорости в соответствии с характеристиками двигателя, как показано на рис. 23 сплошной линией.

Рис.21 Управление V / f

2) Управление с обратной связью
На рис. 24 показана конфигурация блок-схемы системы управления с обратной связью, используемой в нашей серии BHF.

Рис.22 Блок-схема управления с обратной связью

Этот метод определяет разность фаз между напряжением выходного блока инвертора и первичным током, который вычисляет частоту возбуждения, соответствующую нагрузке, используя таблицу характеристик данных (рис.25), подготовленный заранее, и регулирует частоту инвертора без необходимости в датчике скорости на двигателе.

Рис.23 Таблица характеристик и данных

Используя эту таблицу характеристик и время t обнаруженной разности фаз, инвертор вычисляет выходную частоту инвертора, которая соответствует команде Nset скорости вращения, установленной потенциометром скорости, и выводит ее как выходную частоту инвертора. После получения выходной частоты блок управления U / f вычисляет напряжение, приложенное к двигателю, соответствующее выходной частоте f, и выполняет управление скоростью, управляя инвертором PWM.В результате при приложении нагрузки выходная частота инвертора увеличивается, так что уменьшение скорости вращения может быть компенсировано. (3)

2.3.2. Характеристика с

Характеристики вращательной скорости-момента инверторного блока показаны на рис. 26 и 27. Как поясняется в разделе, посвященном двигателю, регулирующему скорость переменного тока, на характеристике крутящего момента нарисована «линия безопасной работы». Эта линия представляет предел для непрерывной работы, а область под этой линией называется областью непрерывной работы.

Рис.24 Характеристики скорости вращения и момента для управления без обратной связи

Рис.25 Характеристики скорости вращения и момента для замкнутого контура управления

3. Резюме

Oriental Motor предлагает три группы продуктов (двигатели с регулировкой скорости переменного тока, бесщеточные двигатели с регулировкой скорости постоянного тока и инверторные блоки) для использования в широком диапазоне приложений регулирования скорости. Подходящий продукт для регулирования скорости можно выбрать в соответствии с функцией, производительностью, стоимостью и целью, которые требуются для вашего приложения.
Oriental Motor продолжит работу над разработкой продукции, чтобы в будущем мы могли предлагать продукцию, наилучшим образом отвечающую различным потребностям наших клиентов.

Список литературы

(1) Исследовательская группа по технологиям двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Kogyo Chosakai Publishing (1998).
(2) Казуо Абэ: «Технология бесшумного привода бесщеточного двигателя», RENGA № 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Кодзи Намихана, Масаёши Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA No.159, стр. 23-28 (1999)

Кадзуя Сирахата Завод Цуруока, Операции ACIX Подразделение схемотехники Секция разработки схем

Что определяет скорость вращения двигателя?

Электродвигатели отличаются своим разнообразием и широким диапазоном типоразмеров. Существуют двигатели с дробной мощностью (л.с.) для небольших бытовых приборов и двигатели мощностью в тысячи л.с. для тяжелого промышленного использования.Другие характеристики, указанные на паспортных табличках двигателей, включают их входное напряжение, номинальный ток, энергоэффективность и скорость в об / мин.

Скорость вращения электродвигателя зависит от двух факторов: его физической конструкции и частоты (Гц) источника питания. Инженеры-электрики выбирают скорость двигателя в зависимости от потребностей каждого приложения, подобно тому, как механическая нагрузка определяет требуемую мощность.

---

Убедитесь, что в вашем здании есть подходящий электродвигатель для каждого применения.

---

Как частота напряжения соотносится со скоростью двигателя

В зависимости от страны источник питания будет иметь частоту 60 Гц или 50 Гц. Хотя трехфазный двигатель будет вращаться с обоими входами мощности, возникнут проблемы с производительностью, если двигатель указан для одной частоты и будет использоваться с другой.

Поскольку источник напряжения 60 Гц переключает полярность на 20% быстрее, чем источник питания 50 Гц, двигатель, рассчитанный на 50 Гц, будет вращаться на 20% выше об / мин.Крутящий момент двигателя остается относительно постоянным, а более высокая скорость приводит к более высокой мощности на валу. Двигатель также выделяет больше тепла, но охлаждающий вентилятор также ускоряется вместе с валом, помогая отводить лишнее тепло. Двигатель также имеет тенденцию потреблять больше реактивного тока, что снижает его коэффициент мощности.

Подключение двигателя 60 Гц к источнику питания 50 Гц — более тонкий вопрос. Снижение скорости при том же напряжении может привести к насыщению магнитопровода двигателя, увеличению тока и перегреву агрегата.Самый простой способ предотвратить насыщение — снизить входное напряжение, и в идеале соотношение В / Гц должно оставаться постоянным:

• Двигатель 60 Гц, работающий при 50 Гц, имеет 83,3% номинальной частоты.
• Для поддержания постоянного отношения В / Гц входное напряжение также следует снизить до 83,3%.
• Если электродвигатель обычно работает при 240 В и 60 Гц, входное напряжение при 50 Гц должно быть 200 В, чтобы соотношение составляло 4 В / Гц.

Электропроводка двигателя и количество полюсов

Постоянный магнит имеет два полюса, но двигатели могут быть подключены так, чтобы их магнитное поле имело большее количество полюсов.Двухполюсный двигатель совершает полный оборот с одним изменением полярности, в то время как четырехполюсный двигатель вращается только на 180 ° с одним переключателем полярности. Чем больше полюсов, тем ниже скорость двигателя: если все остальные факторы равны, 4-полюсный электродвигатель будет вращаться со скоростью, вдвое меньшей, чем 2-полюсный электродвигатель.

• Источник питания 60 Гц меняет полярность 60 раз в секунду, а двухполюсный двигатель будет вращаться со скоростью 3600 об / мин при подключении к этому источнику. Четырехполюсный двигатель будет вращаться только со скоростью 1800 об / мин.
• Для двигателей с частотой 50 Гц скорость составляет 3000 об / мин с 2 полюсами и 1500 об / мин с 4 полюсами.

Эту концепцию можно резюмировать следующим уравнением:

Используя это уравнение, 4-полюсный двигатель с частотой 60 Гц имеет скорость 1800 об / мин, а 6-полюсный двигатель с частотой 50 Гц имеет скорость 1000 об / мин. Однако на самом деле это скорость магнитного поля, называемая синхронной скоростью, которая не всегда равна скорости вала.

• В синхронном двигателе , ротор использует постоянный магнит или электромагнит для вращения с расчетной скоростью.
• С другой стороны, асинхронный двигатель будет работать немного ниже расчетной скорости вращения. Так работает электромагнитная индукция, и ее не следует рассматривать как неисправность.

Если электродвигатель имеет скорость вращения на паспортной табличке 1800 об / мин, можно сделать вывод, что это 4-полюсный синхронный двигатель, рассчитанный на 60 Гц. С другой стороны, если скорость на паспортной табличке имеет меньшее значение, например 1760 об / мин, это асинхронный двигатель.

Преобразователь частоты может управлять скоростью двигателя, регулируя входную частоту, как следует из его названия.ЧРП также может модулировать напряжение, чтобы поддерживать соотношение В / Гц ниже точки, в которой магнитный сердечник насыщается. Благодаря этой функции частотно-регулируемый привод не повреждает двигатель, даже если скорость снижается ниже значения, указанного на паспортной табличке. Основным недостатком частотно-регулируемых приводов являются гармонические искажения, поскольку они являются нелинейными нагрузками, но это можно компенсировать с помощью фильтров гармоник.