Преобразователи частоты для асинхронных двигателей
До появления частотных преобразователей на рынке современной энергетики, электромонтёрам приходилось применять для подключения асинхронного двигателя стартовый или фазосдвигающий конденсатор большой ёмкости.
Двигатель при этом работал, но существенно терял мощность. Также, применение конденсаторов сильно разогревало обмотки двигателя, что сильно снижало его ресурс работы, и двигатели часто приходилось «перематывать». Учитывая, что обмотки асинхронного двигателя делаются из медной проволоки, то такие ремонты приносили большой ущерб.
Так как асинхронный двигатель является составной частью почти каждого современного привода, то вопрос создания частотного регулирования вставал на особый уровень. И вот, частотники уже повсеместно применяются для подключения электрического двигателя к сети и его управление.
По сути, частотный инвертор, это прибор, изменяющий частоту поданного на обмотки напряжения с ШИМ-регулированием. Благодаря частотнику, получилось подключить асинхронный двигатель к сети без ущерба его ресурсу, без перегрева, и ещё дать массу возможностей по управлению скоростью вращения вала.
Также, применяя различные интерфейсы передачи данных и команд, применение частотников позволило объединить все приводы большого предприятия в одно диспетчерскую систему управления и контроля параметров.
В мир современной автоматизации технологических процессов, это весомый аргумент.
Устройство частотных преобразователей
Современный частотный инвертер состоит из двух принципиальных блоков. Первый блок полностью сглаживает напряжение и на выходе выдаёт постоянное. Постоянное напряжение подаётся на силовой блок генерации частоты. После преобразования, на выходе из второго блока частота напряжения уже будет такая, какая задана настройкой.
За возможность изменять частоту напряжения отвечает микропроцессор, который встроен в частотник. Используя заданную программу, процессор следит за выходной частотой напряжения, а также за параметрами работы электрического двигателя.
По сути, частотные преобразователи для асинхронных двигателей принцип работы которых заключён в простом вырабатывании нужной частоты переменного тока, это модуляторы нужной природы напряжения, которая необходима для того или иного оборудования. Именно это и снизило негативное влияние на работу электрического двигателя, которое имело место быть при использовании конденсатов.
Электрический двигатель получает именно такое напряжение, которое положено ему для нормальной и полноценной работы.
Считаем нужным отметить, что и при наличии линии трёхфазного напряжения, не всегда рационально подключать электрический двигатель к сети просто через выключатель. В таком случае, двигатель будет работать, но регулировать его работу не получится. Не получится и следить за состоянием обмоток.
В промышленном исполнении можно встретить два основных типа частотных преобразователей:
- Специальные.
- Универсальные.
Специальный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, схема которого несколько отличается от универсального, изготавливается под конкретное оборудование по конкретным потребностям. Как правило, это очень урезанные версии, не способные на работу с любым оборудованием.
Универсальные частотные инвертера могут работать, как и в специальном оборудовании, так и во всех остальных вариантах применения. На то они и универсальные, что их можно настраивать и программировать под любые нужды.
Поэтому, выбор частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен быть не столько продиктован конкретными необходимостями производства, но и возможностью модернизации оборудования.
Практически во всех частотниках сегодня реализована возможность установки и контроля режима работы электрического двигателя с пульта управления. Первый интерфейс управления встроен в сам корпус частотника. Там же есть и ручка регулирования скорости вращения двигателя.
Но можно и применять выносные пульты управления. Которые можно располагать как в диспетчерской, так и непосредственно на станке, который приводится в движение электрическим двигателем.
Такое чаще встречается в ситуациях, когда станок с двигателем находится в помещении, где не рекомендуется установка частотного инвертора. И его устанавливают вдали от оборудования.
Большая часть инвертеров частоты позволяют программировать работу оборудования. Но, задать программу просто с пульта управления не получится. Для этого используется интерфейс передачи данных и настройки, который, при помощи компьютера позволяет задать нужную программу работы.
Разница типов сигналов управления
При проектировании цеха очень важно учитывать, что общение частотных преобразователей с диспетчерским пультом будет происходить при помощи электрических импульсов по проводам связи. Пи этом, не стоит забывать, что разные стандарты связи по-разному влияют друг на друга. Посему, переда данных одним способом, может существенно снижать качество передачи данных другим способом.
Поэтому, расчет частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен производиться не только по его электротехническим показателям, но и по показателям совместимости с сетью.
Выбор мощности частотного преобразователя
Вопрос мощности частотника, скорее всего, стоит на первом плане, при расчете привода для любого станка или агрегата. Дело в том, что большинство частотных инвертеров способны выдерживать большие перегрузки до 200 – 300 %. Но, это совсем не означает, что для питания электрического двигателя можно смело покупать частотник сегментом ниже, чем требуется по планированию.
Выбор мощности частотного преобразователя осуществляется с обязательным запасом в 20 – 30%. Игнорирование этого правила может повлечь за собой выход из строя частотного преобразователя и простой оборудования.
Также важно учитывать пиковые нагрузки, которые может выдерживать частотник. Дело в том, что при старте электрического двигателя его пусковые токи могут сильно превышать номинальные. В некоторых случаях, пусковой ток превышает номинальный в шесть раз! Частотик должен быть рассчитан на такие изменения.
Каждый электрический двигатель оборудован вентилятором охлаждения. Это лопасти, которые установлены в задней части двигателя и по мере вращения вала прогоняют через корпус мотора воздух.
Если электрический двигатель работает на пониженных оборотах, то мощности потока воздуха может не хватить для охлаждения.
В этом случае, нужно выбирать частотник с датчиками температуры двигателя. Или организовать дополнительное охлаждение.
Электромагнитная совместимость преобразователей частоты
При расчёте и подключении частотника к сети и электрическому двигателю, следует помнить, что он очень подвержен помехам. Также, преобразователь частоты может и сам стать источником помех для другого оборудования. Именно поэтому, все подключения к частотнику и от него выполняются экранированными кабелями и выдерживанием дистанции в 10 см друг от друга.
По своей сути, применение частного преобразователя для питания асинхронного электрического двигателя позволило существенно продлить жизнь электрического двигателя, дало возможность регулировать работу двигателя и хорошо экономить на расходе электрической энергии.
Частотник, частотный преобразователь1ф 220 — 3ф220 для асинхронного электродвигателя
Watch this video on YouTube
Преобразователь частоты для асинхронного двигателя
a:2:{s:4:»TEXT»;s:13510:»Назначение частотного преобразователя для асинхронных двигателейИспользование механических устройств для регулирования может привести к ударным пусковым нагрузкам, которые окажут отрицательное влияние на их эксплуатационный срок, а также приведут к существенным энергопотерям.
Чтобы исключить перечисленные отрицательные влияния на промышленное оборудование, была создана возможность заменить механическое регулирование на электронное. Достичь этого удалось в результате серьезных исследовательских работ.
Так, появился преобразователь частот нового класса, предназначенный специально для асинхронных двигателей.
Это https://techtrends.ru/catalog/preobrazovateli-chastoty/» target=»_blank»>частотные преобразователи для асинхронных двигателей с широтно-импульсным управлением (ШИМ), которые снижают пусковой ток в 4-5 раз. А также позволяют осуществить плавный пуск асинхронного двигателя. При этом управление приводом осуществляется по формуле напряжение/частота.
Преобразователь частоты для асинхронного двигателя позволяет экономить электроэнергию на 50%. Также благодаря использованию частотника становится возможной обратная связь между смежными приводами, следовательно, оборудование самонастраивается на выполнение поставленных задач и изменяются условия работы всей системы.
Принцип работы
Преобразователь частоты для асинхронного двигателя с ШИМ, по сути, является инвентором с двойным преобразованием напряжения.
Входной диодный мост выпрямляет сетевое напряжение 220 или 380В, а затем сглаживает и фильтрует его посредством конденсатора.
В устройстве также имеется микропроцессор, который дает возможность выполнять такие задачи, как:
контроль выходных параметров;
защита системы;
диагностика состояния подаваемого тока.
Большинство преобразователей частоты для асинхронных двигателей построены на основе двойного преобразования. Среди них выделяют два основных класса:
с созданием промежуточного звена;
с непосредственной связью.
Каждый из видов частотников предназначен для работы в определенных условиях, которые диктуют выбор и целесообразность использования в конкретной ситуации.
Выпрямители управляемого типа обеспечивают непосредственную связь, отпирая группы тиристоров, и обеспечивают подвод напряжения к обмотке электродвигателя.
Преобразование напряжения в данном случае осуществляется посредством вырезания синусоид из входного тока. При этом полученная частота находится в диапазоне от 0 до 30Гц. Для регулируемых приводов этот вариант использования не подходит.
Для использования незапираемых тиристоров необходимо создание более сложной системы управления, которая повышает стоимость создаваемой цепи.
В противном случае, синусоида при входе может привести:
к появлению гармоник;
к потерям в электродвигателе;
к перегреву электродвигателя;
к снижению показателя крутящего момента;
к образованию сильных помех.
Помимо этого, компенсаторы повышают стоимость цепи, габаритов и веса, а потери снижают КПД.
К другому классу относятся цепи питания, где используются частотные преобразователи для асинхронных двигателей с промежуточным звеном. Они обеспечивают преобразование электрического тока в два этапа.
На первом этапе синусоидное напряжение с постоянной частотой и амплитудой преобразуется посредством выпрямления. При этом применяются специальные фильтры, сглаживающие показатели.
На втором этапе посредством инвертора на выходе происходит преобразование энергии с изменяемым показателем частоты и амплитуды.
Это приводит:
к снижению КПД;
к ухудшению показателей соотношения массы и габаритов устройства.
Частотные преобразователи для асинхронных двигателей, работающие как тиристор, имеют следующие преимущества:
обеспечивают возможность работы в системах с большими показателями тока;
такая система предназначена для использования там, где имеются большие показатели тока;
они устойчивы к большим нагрузкам и импульсному воздействию;
обеспечивают высокий КПД, достигающий 98 %.
Мы перечислили все особенности каждого типа преобразователей частоты для асинхронных двигателей, теперь, попробуем выяснить, на чем следует основываться при выборе частотника.
Критерии выбора
Преобразователи частоты для асинхронных двигателей следует использовать лишь с учетом их технических характеристик.
Важными характеристиками, на которые необходимо обратить внимание, являются следующие:
Диапазон напряжения подаваемого тока. Сегодня существуют модели частотников, работающие при различном напряжении. Диапазон напряжения может составлять 100-120В или 200-240В. Исходя из этого показателя, следует выбирать преобразователь.
Номинальная мощность электродвигателя, которая измеряется в кВт.
Полная мощность электродвигателя.
Номинальный выходной ток.
Выходное напряжение, которое часто не превышает показатель напряжения источника питания, а иногда бывает и меньше.
Диапазон выходной частоты.
Допустимая сила тока на выходе.
Частота тока при входе.
Эти параметры указываются в документации к преобразователю, и их необходимо учитывать. В противном случае, например, если не учтен показатель напряжения подаваемого тока, то устройство выйдет из строя.
Способы подключения
Выбор варианта подключения преобразователя частоты для асинхронных двигателей зависит от цели его применения, например, необходимости обеспечения более легкого пуска или необходимости регулировки частоты вращения двигателя.
Наиболее простой схемой подключения является установка автомата отключения перед частотником. При этом автомат должен быть рассчитан на номинальную величину напряжения, потребляемого электродвигателем.
Поскольку большинство двигателей питаются от трехфазной сети, то можно выбрать трехфазный автомат, который обеспечивает отключение двух фаз в случае, когда происходит короткое замыкание в одной из фаз.
При использовании однофазного частотного преобразователя для асинхронных двигателей, следует установить автомат, рассчитанный на утроенный ток в одной фазе.
После установки автомата, следует осуществить подключение фазных проводов к клеммам двигателя, а также подключить в цепь тормозной ресивер. После частотного преобразователя в цепь устанавливается вольтметр, который измеряет напряжение на выходе.
Для того чтобы осуществить правильное подключение частотного преобразователя, следует изучить инструкцию, которая прилагается к моделям частотников. Точное соблюдение инструкции позволит легко осуществить подключение преобразователя частоты к электродвигателю.
«;s:4:»TYPE»;s:4:»HTML»;}
Преобразователи частоты | INSTART
Данная политика конфиденциальности относится к сайту под доменным именем instart-info.ru. Эта страница содержит сведения о том, какую информацию мы (администрация сайта) или третьи лица могут получать, когда вы пользуетесь нашим сайтом.
Данные, собираемые при посещении сайта
Персональные данные
Персональные данные при посещении сайта передаются пользователем добровольно, к ним могут относиться: имя, фамилия, отчество, номера телефонов, адреса электронной почты, адреса для доставки товаров или оказания услуг, реквизиты компании, которую представляет пользователь, должность в компании, которую представляет пользователь, аккаунты в социальных сетях; поля форм могут запрашивать и иные данные.
Эти данные собираются в целях оказания услуг или продажи товаров, связи с пользователем или иной активности пользователя на сайте, а также, чтобы отправлять пользователям информацию, которую они согласились получать.
Мы не проверяем достоверность оставляемых данных, однако не гарантируем качественного исполнения заказов или обратной связи с нами при некорректных данных.
Данные собираются имеющимися на сайте формами для заполнения (например, регистрации, оформления заказа, подписки, оставления отзыва, обратной связи и иными).
Формы, установленные на сайте, могут передавать данные как напрямую на сайт, так и на сайты сторонних организаций (скрипты сервисов сторонних организаций).
Также данные могут собираться через технологию cookies (куки) как непосредственно сайтом, так и скриптами сервисов сторонних организаций. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных можно запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.
Не персональные данные
Кроме персональных данных при посещении сайта собираются не персональные данные, их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого вы к нам пришли, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую ваш браузер предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте.
Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания клиентов, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости.
Предоставление данных третьим лицам
Мы не раскрываем личную информацию пользователей компаниям, организациям и частным лицам, не связанным с нами. Исключение составляют случаи, перечисленные ниже.
Данные пользователей в общем доступе
Персональные данные пользователя могут публиковаться в общем доступе в соответствии с функционалом сайта, например, при оставлении отзывов, может публиковаться указанное пользователем имя, такая активность на сайте является добровольной, и пользователь своими действиями дает согласие на такую публикацию.
По требованию закона
Информация может быть раскрыта в целях воспрепятствования мошенничеству или иным противоправным действиям; по требованию законодательства и в иных случаях, предусмотренных законом.
Для оказания услуг, выполнения обязательств
Пользователь соглашается с тем, что персональная информация может быть передана третьим лицам в целях оказания заказанных на сайте услуг, выполнении иных обязательств перед пользователем. К таким лицам, например, относятся курьерская служба, почтовые службы, службы грузоперевозок и иные.
Сервисам сторонних организаций, установленным на сайте
На сайте могут быть установлены формы, собирающие персональную информацию других организаций, в этом случае сбор, хранение и защита персональной информации пользователя осуществляется сторонними организациями в соответствии с их политикой конфиденциальности.
Сбор, хранение и защита полученной от сторонней организации информации осуществляется в соответствии с настоящей политикой конфиденциальности.
Как мы защищаем вашу информацию
Мы принимаем соответствующие меры безопасности по сбору, хранению и обработке собранных данных для защиты их от несанкционированного доступа, изменения, раскрытия или уничтожения, ограничиваем нашим сотрудникам, подрядчикам и агентам доступ к персональным данным, постоянно совершенствуем способы сбора, хранения и обработки данных, включая физические меры безопасности, для противодействия несанкционированному доступу к нашим системам.
Ваше согласие с этими условиями
Используя этот сайт, вы выражаете свое согласие с этой политикой конфиденциальности. Если вы не согласны с этой политикой, пожалуйста, не используйте наш сайт. Ваше дальнейшее использование сайта после внесения изменений в настоящую политику будет рассматриваться как ваше согласие с этими изменениями.
Отказ от ответственности
Политика конфиденциальности не распространяется ни на какие другие сайты и не применима к веб-сайтам третьих лиц, которые могут содержать упоминание о нашем сайте и с которых могут делаться ссылки на сайт, а также ссылки с этого сайта на другие сайты сети Интернет. Мы не несем ответственности за действия других веб-сайтов.
Изменения в политике конфиденциальности
Мы имеем право по своему усмотрению обновлять данную политику конфиденциальности в любое время. В этом случае мы опубликуем уведомление на главной странице нашего сайта. Мы рекомендуем пользователям регулярно проверять эту страницу для того, чтобы быть в курсе любых изменений о том, как мы защищаем информацию пользователях, которую мы собираем. Используя сайт, вы соглашаетесь с принятием на себя ответственности за периодическое ознакомление с политикой конфиденциальности и изменениями в ней.
Как с нами связаться
Если у вас есть какие-либо вопросы о политике конфиденциальности, использованию сайта или иным вопросам, связанным с сайтом, свяжитесь с нами:
8 800 222 00 21
Частотные преобразователи | Компания ЭЛИТА
Чтобы сделать заказ быстро, по самым низким ценам, свяжитесь с нами по указанным телефонам:
Вся Россия 8 (800) 550-00-82
Москва 8 (495) 648-78-02
Санкт-Петербург 8 (812) 334-42-04
Электронная почта: [email protected]
Частотные преобразователи
Частотный преобразователь — устройство, которое в комплекте с асинхронным двигателем переменного тока способно служить полноценной заменой двигателю постоянного тока. Как известно, частота вращения ротора двигателя постоянного тока достаточно просто регулируется, но сам двигатель ненадежен в эксплуатации, энергозатратен и имеет большие габариты и стоимость. Асинхронный электродвигатель, в отличие от двигателя постоянного тока, дешев, надежен, имеет небольшие размеры и может эксплуатироваться в сильно запыленной и взрывоопасной среде. При этом асинхронные двигатели имеют существенные недостатки – невозможность регулирования частоты вращения ротора и пусковой ток, в несколько раз превышающий номинальный. Известные механические схемы ликвидации этих проблем (с использованием вариаторов, редукторов, дросселей), приводят к резкому увеличению стоимости электропривода, большим потерям энергии и низкой эффективности. Поэтому чаще всего для регулирования частоты асинхронного двигателя и избавления от пусковых токов используют частотный преобразователь.
Современный частотный преобразователь двигателя высокотехнологичен, имеет невысокую стоимость, прост в эксплуатации, и, благодаря широкому модельному ряду и вариативности способов электронного управления, легко встраивается в любую технологическую схему. Кроме того, он уменьшает энергопотребление и механическую нагрузку на электродвигатель, что увеличивает срок его эксплуатации.
Частотный преобразователь двигателя имеет несколько видов классификации.
По типу преобразования энергии он может быть одноступенчатым и двухступенчатым. Второй тип более распространен и включает частотные преобразователи, в которых электрическая знергия преобразуется два раза. Вначале с помощью выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, а затем — инвертора, делающего обратное преобразование.
В зависимости от способа управления асинхронным двигателем, преобразователи частоты делятся на скалярные и векторные.
В преобразователе частоты со скалярным методом управления отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу поддерживается постоянным, а любое изменение частоты приводит к изменению напряжения. Преобразователь частоты такого типа имеет диапазон регулирования скорости вращения ротора 1:40 и чаще всего используется в вентиляторных, насосных системах или системах управления несколькими двигателями.
Векторный частотный преобразователь может не только увеличить диапазон регулирования скорости ротора до 1:1000, но также точность и быстродействие управления. Принцип действия такого преобразователя частоты связан с непосредственным управлением вращающим моментом асинхронного двигателя, при котором учитывается не только фаза и амплитуда статорного тока, но и его вектор.
Стандартная электрическая схема частотного преобразователя включает выпрямитель и инвертор — для прямого и обратного преобразования переменного тока, а также микропроцессоры и IBGT-транзисторы для широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая позволяет регулировать выходное напряжение без изменения входного. Такая схема преобразователя относится к наиболее распространенной среди компаний – производителей, так как использует новую элементную базу, позволяющую снизить цену частотного преобразователя.
К ведущим мировым производителям преобразователей частоты относятся компании Schneider Electric и Danfoss, продукция которых широко представлена в нашем прайс каталоге. Цена частотного преобразователя не превышает стоимостной предел, обычный для приборов этого класса, и быстро окупается. Это связано, в первую очередь с высокой эффективностью частотного преобразователя и 50% экономией энергии при его использовании.
Вся предлагаемая продукция компаний Danfoss и Schneider Electric сертифицирована.
Данные обновлены 08.08.21 Рублевые цены расcчитаны по курсу ЦБ +5% 1€ = 90,9855 р. 1$ = 76,8264 р.
Преобразователь частоты для электродвигателя
30.10.2017
Тематика: Полезная информация
Введение
Существует немало технологических операций, нуждающихся в регулировании угловых скоростей приводных валов механизмов. Традиционно эта задача решалась двумя путями:
- применением механических многоскоростных редукторов для ступенчатого регулирования скорости, либо вариаторов для плавного регулирования;
- использованием электродвигателей постоянного тока совместно с регуляторами уровня питающего напряжения.
Регулирование угловой скорости ротора, основанное на изменении передаточного числа механической трансмиссии, характеризуется снижением общего КПД передачи. Это объясняется высоким уровнем механических потерь в редукторе, подверженном к тому же, интенсивному износу.
Двигатели постоянного тока представляют собой достаточно сложные и дорогие машины. Наличие коллекторного механизма со щёточным аппаратом, предъявляет повышенные требования к их обслуживанию и снижает надёжность.
Компания Овердрайв-Электро предлагает частотно-регулируемые приводы ABB со склада в Минске:
Принцип частотного регулирования
В основе частотного регулирования двигателя переменного тока лежит взаимосвязь угловой скорости, с которой вращается поле статора с частотой напряжения питания. Это означает, что изменение частотной характеристики напряжения статора приводит к пропорциональному изменению угловой скорости вращающегося ротора. Угловая скорость, или частота вращающегося поля статора асинхронного электрического двигателя выражается следующим соотношением:
ω0 = 2πf1/р,
где f1 — значение частоты напряжения, питающего обмотку статора, р — количество полюсных пар статорной обмотки.
Из приведенной формулы следует, что совершая изменение значения частоты подводимого к двигателю напряжения, можно плавно изменять значение угловой скорости (частоты) вращающегося поля статора, что приведёт к изменению частоты вращения ротора электродвигателя.
Данный принцип позволяет использовать в регулируемых приводах наиболее технологичные, простые и надёжные асинхронные двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор. Благодаря высоким технико-экономическим показателям систем частотного регулирования происходит их активное внедрение в сферу промышленной и бытовой техники.
Устройство преобразователя частоты.
На рисунке 1 показана структурная схема, иллюстрирующая устройство преобразователя частоты (ПЧ).
Рис.1 Преобразователь частоты
Сетевое питающее напряжение промышленной частоты 50 герц поступает на вход выпрямителя (В), представляющего собой обычную мостовую диодную сборку. На выходе выпрямителя установлен Г — образный LC фильтр, выполняющий функции сглаживания пульсаций, которые присутствуют в выпрямленном напряжении.
Основной частью преобразователя является инвертор (И), осуществляющий преобразование постоянного напряжения в трёхфазную систему напряжений синусоидальной формы с регулируемой частотой и амплитудой. Ключевыми элементами инвертора служат мощные IGBT транзисторы, которые коммутируются сигналами, генерируемыми в системе импульсно — фазового управления. Система управления транзисторами, формирующими выходное напряжение, которое поступает на статор асинхронного двигателя (АД), основана на принципе ШИМ — широтно-импульсной модуляции. Сигнал управления представляет собой чередование импульсов напряжения с изменяемой скважностью.
Примечание. Скважность — это оценочная характеристика периодического импульсного сигнала, рассчитываемая как отношение периода чередования сигнала к длительности импульса. То есть, величина скважности показывает, какую часть периода занимают импульсы. При изменении скважности изменяется соотношение длительностей импульсов и промежутков между ними.
Следует обратить внимание на одну интересную особенность частотных преобразователей. На рисунке 1 показан преобразователь, подключенный к трёхфазной сети. Существуют модели преобразователей, питающихся от однофазной сети, при этом, на выходе инвертора формируется всё та же трёхфазная система. Разница между трёхфазными и однофазными частотными преобразователями заключается только в качестве напряжения на выходе выпрямителя. Трёхфазный выпрямительный мост создаёт меньший уровень пульсаций напряжения, по этой причине, однофазное выпрямление предъявляет повышенные требования к параметрам LC фильтра.
Применение частотных преобразователей
Сегодня трудно найти область, где не нашли своего применения частотно-регулируемые приводы асинхронных электродвигателей.
На крупных блочных электрических станциях частотные регуляторы осуществляют регулирование подачи топлива в котлы, гибко адаптируя работу энергоблоков к изменяющемуся режиму работы энергосистемы. В этом качестве частотные приводы функционируют как исполнительные звенья автоматизированной системы управления технологическими процессами электростанции.
Частотное регулирование приводов мощных вентиляторов промышленных систем позволяет автоматически поддерживать оптимальные условия их работы при изменении внутренних и внешних факторов, экономя при этом электрическую энергию и продлевая ресурс оборудования.
Большую финансовую экономию принесло внедрение частотных регуляторов в городские системы водоснабжения. Рабочее давление в водоводах питьевого назначения ранее поддерживалось в основном путём оперирования задвижками. Это приводило к неэффективной работе насосного оборудования, повышенному расходу энергии и износу. Насосы, оснащённые частотным приводом способны гибко реагировать на изменение расхода воды в системе и изменяя частоту вращения поддерживать необходимое давление.
Применение частотных регуляторов не обошло стороной и область бытовой электротехники. Все современные стиральные машины и пылесосы оснащены частотным приводом. Это позволило отказаться от редукторов и ремённых приводов и повысить экономичность работы домашних агрегатов.
Частотные преобразователи для асинхронных двигателей
Заменим Mitsubishi, Omron, ABB, Danfoss, LG, Schneider, Emotron, Delta, Vectron, Fuji, Toshiba, Hitachi и пр. на экономичные частотные преобразователи INNOVERT VENT.
Частотный преобразователь INNOVERT универсальной серии представляет собой многофункциональный преобразователь частоты, удобный в управлении и настройках.
Диапазон мощностей от 0,09 кВт до 560 кВт.
Большие мощности до 90 кВт в наличии!!!
Функции:
- регулирование скорости, задаваемой аналоговыми сигналами, цифровой сетью или ручкой потенциометра на лицевой панели.
- 15 предустановленных скоростей
- 4 различных варианта времён разгона и торможения
- реверсирование
- защита двигателя от перегрузки по току, напряжению, обрыва фаз
- температурный контроль электродвигателя и транзисторного модуля
- компенсация скольжения
- торможение постоянным током
- электронный потенциометр (MOP)
- PID режим управления технологическими параметрами (давления, температуры, расходом и т.д.)
- PLC режим управления скоростью
Документация:
Опции:
- модули динамического торможения
- защитные реакторы (дроссели) постоянного тока
Рабочие режимы:
- управление по U/f (линейное или квадратичное, компенсация скольжения)
- диапазон регулирования с поддержанием номинального момента до 1:20
Применения:
- транспортеры
- конвейеры
- насосы
- вентиляторы
- компрессоры
- мешалки
- намоточное оборудование
- экструдеры
Надежность:
- высокая проверенная надежность работы
- перегрузочная способность: выдерживает перегрузку 200% Iн в течение 60 секунд
- позволяет работать с двигателями большей номинальной мощности при легкой нагрузке
Технические характеристики:
- частота коммутации до 15 kHz с дискретностью 0,1 kHz
- 8 цифровых входов (6 для IMD)
- 2 аналоговых масштабируемых входа 0-10V и 4-20mA
- 1 релейный выход с переключающим контактом (250V, 3A)
- 2 дискретных транзисторных выхода (1 для IMD)
- 2 аналоговых выхода 0-10V и 4-20mA
- 15 настраиваемых фиксированных частот
- PID-регулятор
- выходная частота до 400 Hz
- встроенный тормозной ключ в преобразователях до 15 кВт
- встроенный контроллер с циклическим управлением скоростью двигателя
- развитый эргономичный дисплей с выводом информации о частоте, скорости вращения, токе двигателя и пр.
Номинальные характеристики частотного преобразователя INNOVERT мощностью 0.4 kW… 2.2 kW
Одна фаза, 240 В, 50/60 Гц
|
Тип |
Выходная |
Выходной |
Перегрузочная |
|
ISD091M21B |
0,09 |
0,7 |
1.05 |
| ISD121M21B | 0,12 | 0,8 | 1.2 |
|
ISD181M21B |
0,18 |
1,0 |
1.5 |
| ISD251M21B | 0.25 | 1.5 | 2.25 |
| ISD401M21B | 0,4 | 2,5 | 3,75 |
| ISD551M21B | 0.55 | 3.5 | 5.25 |
| ISD751M21B | 0,75 | 5 | 7,5 |
| ISD112M21B | 1,1 | 6,0 | 9 |
| ISD152M21B | 1,5 | 7 | 10,5 |
| ISD222U21B | 2,2 | 11 | 16,5 |
| ISD372U21B | 3.7 | 16.5 | 24.75 |
Номинальные характеристики частотного преобразователя INNOVERT мощностью 0.75 kW… 560 kW
Три фазы, 380 В, 50/60 Гц
|
Тип |
Выходная |
Выходной |
Перегрузочная |
|
ISD251U43B |
0.25 |
1.2 |
1.8 |
| ISD401U43B | 0.4 | 1.5 | 2.25 |
| ISD551M43B | 0.55 | 2.0 | 3.0 |
| ISD751U43B | 0,75 | 2,7 | 4,05 |
| ISD112U43B | 1.1 | 3 | 4.5 |
| ISD152U43B | 1,5 | 4,0 | 6 |
| ISD222U43B | 2,2 | 5 | 7,5 |
| ISD302U43B | 3,0 | 6.8 | 10.2 |
| ISD402U43B | 4.0 | 8.6 | 12.9 |
| ISD552U43B | 5,5 | 12,5 | 18,75 |
| ISD752U43B | 7,5 | 17,5 | 26,25 |
| ISD113U43B | 11 | 24 | 36 |
| IBD153U43B | 15 | 30 | 45 |
| IBD183U43B | 18,5 | 40 | 60 |
| IBD223U43B | 22 | 47 | 70,5 |
| IBD303U43B | 30 | 65 | 97,5 |
| IBD373U43B | 37 | 80 | 120 |
| IBD453U43B | 45 | 90 | 135 |
| IBD553U43B | 55 | 110 | 165 |
| IBD753U43B | 75 | 152 | 228 |
| IBD903U43B | 90 | 176 | 264 |
| IBD114U43B | 110 | 210 | 315 |
| IBD134U43B | 132 | 255 | 382,5 |
| IBD164U43B | 160 | 305 | 457,5 |
| IBD184U43B | 185 | 340 | |
| IBD204U43B | 200 | 380 | |
| IBD224U43B | 220 | 425 | |
| IBD254U43B | 250 | 480 | |
| IBD284U43B | 280 | 560 | |
| IBD314U43B | 315 | 605 | |
| IBD344U43B |
345 | 680 | |
| IBD374U43B | 375 | 740 | |
| IBD404U43B |
400 | 790 | |
| IBD414U43B | 415 | 820 | |
| IBD454U43B | 450 | 840 | |
| IBD474U43B | 475 | 940 | |
| IBD504U43B | 500 | ||
| IBD564U43B | 560 |
Частотный регулятор скорости для асинхронного электродвигателя
Асинхронный двигатель одно- или трехфазного тока – один из самых распространенных как в промышленности, так и среди бытовых пользователей, где он может являться основой насосов и маломощных агрегатов различного назначения. К его достоинствам относят:
· надежность, связанную с отсутствием щеточного узла;
· простоту изготовления;
· невысокую стоимость;
· высокий КПД в штатном режиме работы.
О надежности этого оборудования лучше всяких слов говорит то, что на многих объектах можно встретить исправно работающие моторы, которые введены в эксплуатацию более 50 лет назад. Есть у электродвигателей этого типа и ряд недостатков. К самым существенным относятся:
· низкий крутящий момент на старте;
· ограничение максимальной скорости вращения, зависящее от частоты питающей электросети;
· сложность регулировки скорости вращения электромотора.
Применение частотных преобразователей для двигателей, рассчитанных на работу с напряжением 220В, 380В и выше устраняет или уменьшает все перечисленные недостатки и позволяет добавить в систему с такими двигателями новый функционал.
До применения частотного принципа управления асинхронным мотором при необходимости регулировать скорость использовалось несколько вариантов управления скоростью вращения таких двигателей:
· механическое с помощью редуктора. Своеобразная коробка передач – решение сложное, дорогое, требующее регулярного обслуживания и ремонта. Также понижает общий КПД системы;
· ступенчатое изменение питающего напряжения с помощью трансформатора. Позволяет управлять мощностью двигателя, однако вводит его в нештатный режим, вызывает нагрев. Точная установка скорости вращения в таких системах практически невозможна;
· электронное с отсеканием части полупериода питающего напряжения с помощью тиристорной схемы. Позволяет регулировать мощность, однако такой принцип управления создает вибрации и также не позволяет точно управлять частотой вращения.
Современные технологии регулировки частоты вращения и мощности предусматривают, в большинстве случаев, использование частотного регулятора на полупроводниковых ключах.
Принцип работы частотного регулятора
Принцип, положенный в основу работы любого современного частотного преобразователя, очень прост:
-
во-первых, нужно выпрямить входное напряжение;
-
во-вторых, его следует отфильтровать и стабилизировать;
-
и, в-третьих, нужно сгенерировать питающее напряжение, по форме близкое к синусоидальному, требуемой частоты и амплитуды.
Этот подход позволяет исключить изменение режима работы привода при колебаниях напряжения в сети и получить возможность точной регулировки скорости вращения и выходной мощности. Такой принцип регулировки применим как к однофазным электромоторам, для которых требуется одна такая схема, так и к трехфазным асинхронным электродвигателям, требующих три группы таких выпрямителей-преобразователей с синхронизацией их работы для получения трехфазного выходного напряжения с заданным сдвигом.
Схемотехника современных преобразователей частоты
С появлением мощных полупроводниковых компонентов, способных управлять высоким напряжением и большими токами схемотехнические решения блоков регулировки частоты стали строиться достаточно просто. Так, для работы в цепях с напряжением на выходе инвертора до 690 В, с успехом применяются схемы на тиристорах и IGBT-транзисторах, которые стоят дороже, но обеспечивают более «чистый» выход. В таких схемах управления на каждую фазу устанавливают по два ключа с соответствующей управляющей обвязкой. Для удешевления конструкции на выходе обычно не используют фильтры для подавления гармоник, поскольку к выходу подключается индуктивная нагрузка.
Для высоковольтных электродвигателей может использоваться такой же принцип с усложненной схемотехникой. Питание на выходе каждой фазы формируется последовательно подключенными модулями, каждый из которых формирует свой участок выходной синусоиды, а общее напряжение формируется как сумма напряжений на выходе каждого модуля.
Существуют также бестрансформаторные преобразователи и прямые преобразователи частоты без блока выпрямления и фильтрации. Каждое схемотехническое решение имеет свои достоинства и недостатки, которые следует учитывать при выборе. Однако сам блок преобразователя, по какой бы схеме он не был построен, требует еще достаточно сложной автоматики управления режимами работы.
Автоматика управления работой частотного преобразователя
Регулирование режимом работы двигателя через частотный преобразователь выполняется сложной автоматикой управления, которая в большинстве моделей современных частотников строится на основе микроконтроллера или микропроцессора.
Система управления выполняет целый ряд функций, которые значительно расширяют возможности систем на основе асинхронных двигателей. К ним могут относиться:
· программы плавного пуска и остановки электромотора;
· защитное отключение при перегрузках, перегреве и заклинивании;
· модули сопряжения с системой централизованной диспетчеризации;
· возможность подключения внешних датчиков обратной связи, позволяющих управлять работой двигателя для поддержания стабильного состояния системы, например, скорости потока воздуха или давления воды;
· возможность работы по заранее заданной программе.
На рынке сегодня представлены сотни моделей частотных преобразователей для управления асинхронными электромоторами. Причем представлены как универсальные серии, так и специализированные, например, для лифтового, насосного или вентиляционного оборудования, что несколько упрощает выбор. Если вам необходима помощь в выборе оптимальной модели частотного преобразователя для управления асинхронным двигателем, вы всегда можете обратиться к сотрудникам нашей компании.
вернуться в блог
Двигатели переменного тока, контроллеры и частотно-регулируемые приводы
Что такое двигатель переменного тока?
Основы электродвигателя переменного тока
Стандартное определение двигателя переменного тока — это электродвигатель, приводимый в действие переменным током. Двигатель переменного тока используется для преобразования электрической энергии в механическую. Эта механическая энергия создается за счет использования силы, создаваемой вращающимися магнитными полями, создаваемыми переменным током, протекающим через его катушки.Двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: стационарного статора, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутреннего ротора, который прикреплен к выходному валу.
Как работает двигатель переменного тока?
Основная работа двигателя переменного тока основана на принципах магнетизма. Простой двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменного тока) прикладывается к катушке с проволокой, она становится электромагнитом, генерирующим магнитное поле.Проще говоря, когда магниты взаимодействуют, вал и катушка проводов начинают вращаться, приводя в движение двигатель.
Обратная связь двигателя переменного тока
ПродуктыAC Motor имеют два варианта управления с обратной связью. Этими опциями являются либо резольвер двигателя переменного тока, либо энкодер двигателя переменного тока. И резольвер двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока могут определять направление, скорость и положение выходного вала. Хотя и преобразователь двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока предлагают одно и то же решение для различных приложений, они сильно различаются.
В резольверах двигателей переменного тока используется второй набор катушек статора, называемый трансформатором, для создания напряжения на роторе в воздушном зазоре. Поскольку в резольвере отсутствуют электронные компоненты, он очень прочный и работает в широком диапазоне температур. Резольвер двигателя переменного тока также естественно устойчив к ударам благодаря своей конструкции. Резольвер часто используется в суровых условиях.
В оптическом кодировщике электродвигателя переменного тока используется затвор, который вращается для прерывания луча света, пересекающего воздушный зазор между источником света и фотодетектором.Вращение заслонки со временем вызывает износ энкодера. Этот износ снижает долговечность и надежность оптического кодировщика.
Тип приложения определяет, нужен ли преобразователь или кодировщик. Энкодеры двигателей переменного тока проще в реализации и более точны, поэтому им следует отдавать предпочтение в любом приложении. Резолвер следует выбирать только в том случае, если этого требует среда, в которой он будет использоваться.
Основные типы двигателей переменного тока
Электродвигатель переменного тока бывает трех различных типов: индукционный, синхронный и промышленный.Эти типы двигателей переменного тока определяются конструкцией ротора, используемого в конструкции. В линейке продуктов Anaheim Automation представлены все три типа.
Асинхронный двигатель переменного тока
Асинхронные двигатели переменного тока называются асинхронными двигателями или вращающимися трансформаторами. Этот тип двигателя переменного тока использует электромагнитную индукцию для питания вращающегося устройства, которым обычно является вал. Ротор в асинхронных двигателях переменного тока обычно вращается медленнее, чем его частота.Наведенный ток — это то, что вызывает магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей. Этот асинхронный двигатель переменного тока имеет одну или три фазы.
Синхронный двигатель переменного тока
Синхронный двигатель обычно представляет собой двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и переменный ток, который к нему подается. Ротор также может вращаться со скоростью, кратной величине подаваемого на него тока. Контактные кольца или постоянный магнит, на который подается ток, создают магнитное поле вокруг ротора.
Промышленный двигатель переменного тока
Промышленные двигатели переменного токаразработаны для применений, требующих трехфазного асинхронного двигателя большой мощности. Номинальная мощность промышленного двигателя превышает номинальную мощность стандартного однофазного асинхронного двигателя переменного тока. Anaheim Automation предлагает промышленные электродвигатели переменного тока мощностью от 220 до 2200 Вт в трехфазном режиме при 220 или 380 В переменного тока.
Где используются двигатели переменного тока?
В каких отраслях используются двигатели переменного тока?
Асинхронные двигатели в основном используются в быту из-за их относительно низких производственных затрат и долговечности, но также широко используются в промышленных приложениях.
Для чего используются двигатели переменного тока?
Асинхронные двигатели используются во многих бытовых приборах и приложениях, в том числе:
— Часы
— Электроинструменты
— Дисковые накопители
— Стиральные машины и другая бытовая техника
— Проигрыватели виниловых пластинок
— Вентиляторы
Их также можно найти в промышленности:
— Насосы
— Воздуходувки
— Конвейеры
— Компрессоры
Как управляются двигатели переменного тока?
Контроллеры переменного тока:
Основы
Контроллер переменного тока (иногда называемый драйвером) известен как устройство, которое контролирует скорость двигателя переменного тока.Контроллер переменного тока также может называться частотно-регулируемым приводом, преобразователем частоты, преобразователем частоты и т. Д. Двигатель переменного тока получает мощность, которая в конечном итоге преобразуется контроллером переменного тока в регулируемую частоту. Этот регулируемый выход позволяет точно контролировать скорость двигателя.
Компоненты контроллера переменного тока
Обычно контроллер переменного тока состоит из трех основных частей: выпрямителя, инвертора и звена постоянного тока для их соединения.Выпрямитель преобразует входной переменный ток в постоянный ток, а инвертор переключает постоянное напряжение на выходное переменное напряжение с регулируемой частотой. Инвертор также можно использовать для управления выходным током, если это необходимо. И выпрямитель, и инвертор управляются набором элементов управления для генерации определенного количества переменного напряжения и частоты, чтобы соответствовать системе двигателя переменного тока в данный момент времени.
Приложения
Контроллер переменного тока может использоваться во многих различных промышленных и коммерческих приложениях.Контроллер переменного тока, который чаще всего используется для управления вентиляторами в системах кондиционирования и отопления, позволяет лучше контролировать воздушный поток. Контроллер переменного тока также помогает регулировать скорость насосов и воздуходувок. В последнее время используются конвейеры, краны и подъемники, станки, экструдеры, линии для производства пленки и прядильные машины для текстильного волокна.
Преимущества и недостатки
Преимущества
— Увеличивает срок службы двигателя за счет высокого коэффициента мощности
— Экономичное регулирование скорости
— Оптимизация пусковых характеристик двигателя
— Более низкие затраты на обслуживание, чем при управлении постоянным током
Недостатки
— генерирует большое количество тепла и гармоник
История
Никола Тесла изобрел первый асинхронный двигатель переменного тока в 1888 году, представив более надежный и эффективный двигатель, чем двигатель постоянного тока.Однако регулирование скорости переменного тока было сложной задачей. Когда требовалось точное управление скоростью, двигатель постоянного тока стал заменой двигателя переменного тока из-за его эффективных и экономичных средств точного управления скоростью. Только в 1980-х годах регулятор скорости переменного тока стал конкурентом. Со временем технология привода переменного тока в конечном итоге превратилась в недорогого и надежного конкурента традиционному управлению постоянным током. Теперь контроллер переменного тока может управлять скоростью с полным крутящим моментом, достигаемым от 0 об / мин до максимальной номинальной скорости.
Частотно-регулируемые приводы
Основы
Частотно-регулируемый привод — это особый тип привода с регулируемой скоростью, который используется для управления скоростью двигателя переменного тока. Чтобы управлять скоростью вращения двигателя, частотно-регулируемый привод регулирует частоту подаваемой на него электроэнергии. Добавление частотно-регулируемого привода к приложению позволяет регулировать скорость двигателя в соответствии с его нагрузкой, что в конечном итоге позволяет экономить энергию.Частотно-регулируемый привод, обычно используемый во множестве приложений, работает в системах вентиляции, насосах, конвейерах и приводах станков.
Как работает частотно-регулируемый привод
Когда полное напряжение подается на двигатель переменного тока, он сначала ускоряет нагрузку и снижает крутящий момент, сохраняя ток особенно высоким, пока двигатель не достигнет полной скорости. Частотно-регулируемый привод работает иначе; он устраняет чрезмерный ток, контролируемое повышение напряжения и частоты при запуске двигателя.Это позволяет двигателю переменного тока генерировать до 150% своего номинального крутящего момента, который потенциально может быть создан с самого начала, вплоть до полной скорости, без потерь энергии. Частотно-регулируемый привод преобразует мощность через три различных этапа. Сначала мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока, после чего включаются и выключаются силовые транзисторы, вызывая форму волны напряжения на желаемой частоте. Эта форма сигнала затем регулирует выходное напряжение в соответствии с предпочтительным обозначенным значением.
Физические свойства
Обычно система частотно-регулируемого привода включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.Трехфазный асинхронный двигатель чаще всего применяется в частотно-регулируемом приводе, поскольку он обеспечивает универсальность и экономичность по сравнению с однофазным или синхронным двигателем. Хотя в некоторых случаях они могут быть полезными, в системе частотно-регулируемого привода часто используются двигатели, предназначенные для работы с фиксированной скоростью.
Интерфейсы оператора частотно-регулируемого привода позволяют пользователю регулировать рабочую скорость, а также запускать и останавливать двигатель. Интерфейс оператора может также позволить пользователю переключаться и реверсировать между автоматическим управлением или ручным регулированием скорости.
Преимущества частотно-регулируемого привода
— Температуру технологического процесса можно контролировать без отдельного контроллера
— Низкие затраты на обслуживание
— Более длительный срок службы двигателя переменного тока и другого оборудования
— Более низкие эксплуатационные расходы
— Оборудование в системе, с которым невозможно справиться чрезмерный крутящий момент защищен
Типы частотно-регулируемых приводов
Существует три распространенных частотно-регулируемых привода (VFD), которые обладают как преимуществами, так и недостатками в зависимости от приложения, для которого они используются.Три распространенных конструкции ЧРП включают: инвертор источника тока (CSI), инвертор источника напряжения (VSI) и широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Однако существует четвертый тип частотно-регулируемого привода, называемый векторным приводом потока, который становится все более популярным среди конечных пользователей благодаря своей функции управления с обратной связью. Каждый частотно-регулируемый привод состоит из преобразователя, промежуточного звена постоянного тока и инвертора, но конструкция каждого из них варьируется от привода к приводу. Хотя секции каждого частотно-регулируемого привода похожи, они требуют изменения схемы в том, как они подают частоту и напряжение на двигатель.
Инвертор источника тока (CSI)
Инвертор источника тока (CSI) — это тип преобразователя частоты (VFD), который преобразует входящее напряжение переменного тока и изменяет частоту и напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель переменного тока. Общая конфигурация этого типа частотно-регулируемого привода аналогична конфигурации других частотно-регулируемых приводов в том, что он состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора. В преобразовательной части CSI используются кремниевые выпрямители (SCR), тиристоры с коммутацией затвора (GCT) или симметричные тиристоры с коммутацией затвора (SGCT) для преобразования входящего переменного напряжения в переменное постоянное напряжение.Для поддержания правильного соотношения напряжения и частоты (Вольт / Герц) напряжение должно регулироваться путем правильной последовательности SCR. В звене постоянного тока для этого типа частотно-регулируемого привода используется индуктор для регулирования пульсаций тока и для хранения энергии, используемой двигателем. Инвертор, который отвечает за преобразование постоянного напряжения обратно в синусоидальную форму сигнала переменного тока, состоит из SCRS, тиристоров отключения затвора (GTO) или симметричных тиристоров с коммутацией затвора (SGCT). Эти тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выхода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.Частотно-регулируемые приводы CSI регулируют ток, для работы требуется большой внутренний индуктор и нагрузка двигателя. Важным примечанием к конструкциям ЧРП CSI является требование входных и выходных фильтров, которые необходимы из-за высоких гармоник на входе мощности и низкого коэффициента мощности. Чтобы обойти эту проблему, многие производители используют либо входные трансформаторы, либо реакторы и фильтры гармоник в точке общего соединения (электрическая система пользователя, подключенная к приводу), чтобы уменьшить влияние гармоник на систему привода.Из обычных приводных систем с частотно-регулируемым приводом, частотно-регулируемые приводы CSI являются единственным типом приводов, которые имеют возможность рекуперации энергии. Возможность рекуперации энергии означает, что мощность, передаваемая от двигателя обратно к источнику питания, может быть поглощена.
Преимущества CSI
• Возможность рекуперации энергии
• Простая схема
• Надежность (операция ограничения тока)
• Чистая форма кривой тока
Недостатки CSI
• Зубцы двигателя, когда выходная мощность ШИМ ниже 6 Гц
• Используемые индукторы большие и дорогостоящие
• Генерация больших гармоник мощности отправляется обратно в источник питания
• Зависит от нагрузки двигателя
• Низкий коэффициент входной мощности
Инвертор источника напряжения (VSI)
Секция преобразователя VSI аналогична секции преобразователя CSI в том, что входящее напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока.Отличие от секции преобразователя CSI и VSI заключается в том, что VSI использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. В звене постоянного тока VSI используются конденсаторы для сглаживания пульсаций постоянного напряжения, а также для хранения энергии для системы привода. Секция инвертора состоит из биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), тиристоров с изолированным затвором (IGCT) или транзисторов с инжекционным затвором (IEGT). Эти транзисторы или тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выходного сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.
Преимущества VSI
• Простая схема
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей
• Не зависит от нагрузки
Недостатки VSI
• Генерация больших гармоник мощности в источнике питания
• Зубчатая передача двигателя, когда выходная мощность ШИМ ниже 6 Гц
• Безрегенеративный режим
• Низкий коэффициент мощности
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Привод с частотно-регулируемым приводом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) является одним из наиболее часто используемых контроллеров и доказал свою эффективность с двигателями мощностью от 1/2 до 500 л.с.Большинство частотно-регулируемых приводов с ШИМ рассчитаны на работу в трехфазном режиме 230 В или 460 В и обеспечивают выходные частоты в диапазоне 2–400 Гц. Как и VSI VFD, PWM VFD использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования входящего переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока используются конденсаторы большой емкости для устранения пульсаций, возникающих после выпрямителя, и создания стабильного напряжения на шине постоянного тока. Шестиступенчатый инверторный каскад этого драйвера использует IGBT высокой мощности, которые включаются и выключаются для регулирования частоты и напряжения двигателя. Эти транзисторы управляются микропроцессором или ИС двигателя, который контролирует различные аспекты привода, чтобы обеспечить правильную последовательность.В результате на двигатель выводится сигнал синусоидальной формы. Так как же включение и выключение транзистора помогает создать синусоидальный выходной сигнал? Изменяя ширину импульса напряжения, вы получаете среднюю мощность, которая представляет собой напряжение, подаваемое на двигатель. Частота, подаваемая на двигатель, определяется количеством переходов из положительного положения в отрицательное в секунду.
Преимущество ШИМ
• Отсутствие зубчатого зацепления двигателя
• КПД от 92% до 96%
• Превосходный коэффициент входной мощности благодаря фиксированному напряжению шины постоянного тока
• Низкая начальная стоимость
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей
Недостатки ШИМ
• Безрегенерационный режим
• Высокочастотное переключение может вызвать нагрев двигателя и пробой изоляции
Как выбрать двигатель переменного тока
Чтобы выбрать подходящий двигатель переменного тока для конкретного применения, необходимо определить основные характеристики.Рассчитайте требуемый момент нагрузки и рабочую скорость. Помните, что асинхронные и реверсивные двигатели нельзя регулировать; они требуют редуктора. Если это необходимо, выберите подходящее передаточное число. Затем определите частоту и напряжение питания двигателя.
Преимущества и недостатки
Преимущества двигателя переменного тока
— Низкая стоимость
— Длительный срок службы
— Высокая эффективность и надежность
— Простая конструкция
— Высокий пусковой момент (индукция)
— Отсутствие скольжения (синхронное)
Недостатки двигателя переменного тока
— Частота вызывает проскальзывания вращения (индукция)
— Необходим пусковой переключатель (индукция)
Поиск и устранение неисправностей двигателя переменного тока
ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Техническая помощь в отношении продуктовой линейки двигателей переменного тока, а также всех продуктов, производимых или распространяемых Anaheim Automation, предоставляется бесплатно.Эта помощь предлагается, чтобы помочь клиенту в выборе продуктов Anaheim Automation для конкретного применения. Во всех случаях ответственность за определение пригодности индивидуального двигателя переменного тока для конкретной конструкции системы лежит исключительно на заказчике. Несмотря на то, что прилагаются все усилия, чтобы дать надежные рекомендации относительно линейки продуктов AC Motor, а также других продуктов для управления движением, а также для точного предоставления технических данных и иллюстраций, такие советы и документы предназначены только для справки и могут быть изменены без предварительного уведомления.
Для устранения неполадок в системе двигателя и контроллера переменного тока могут быть предприняты следующие шаги:
Шаг 1. Проверьте запах двигателя. При появлении запаха гари немедленно замените двигатель.
Шаг 2: Проверьте входное напряжение двигателя. Убедитесь, что провода не повреждены и подключен надлежащий источник питания.
Шаг 3. Прислушайтесь к громкой вибрации или скрипу. Такие шумы могут указывать на повреждение или износ подшипников. По возможности смажьте подшипники, в противном случае замените двигатель полностью.
Шаг 4: Проверить на перегрев. С помощью сжатого воздуха очистите двигатель от мусора, дайте ему остыть и перезапустите.
Шаг 5: Двигатели переменного тока, которые пытаются запуститься, но выходят из строя, могут быть признаком плохого пускового конденсатора. Проверьте наличие каких-либо признаков утечки масла и замените конденсатор, если это так.
Шаг 6: Убедитесь, что приложение, в котором вращается двигатель, не заблокировано. Для этого отсоедините механизм и попробуйте запустить двигатель самостоятельно.
Сколько стоят изделия с электродвигателями переменного тока?
Двигатель переменного тока может быть разумным экономичным решением для ваших требований. Конструкционные материалы и конструкция двигателя делают системы двигателей переменного тока доступным решением. Двигатель переменного тока работает с вращающимся магнитным полем и не использует щеток. Это позволяет снизить стоимость двигателя и исключает компонент, который может со временем изнашиваться. Для работы двигателей переменного тока не требуется драйвер.Это экономит начальные затраты на установку. Сегодняшние производственные процессы делают производство двигателей переменного тока проще и быстрее, чем когда-либо. Статор изготовлен из тонких пластин, которые можно прессовать или штамповать на станке с ЧПУ. Многие другие детали можно быстро изготовить и усовершенствовать, сэкономив время и деньги! Anaheim Automation предлагает на выбор полную линейку продукции для двигателей переменного тока.
Физические свойства двигателя переменного тока
Обычно двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: статора и ротора.Статор — это неподвижная часть двигателя, состоящая из нескольких тонких пластин, намотанных изолированным проводом, образующих сердечник.
Ротор соединен с выходным валом изнутри. Наиболее распространенным типом ротора, используемого в двигателях переменного тока, является ротор с короткозамкнутым ротором, названный в честь его сходства с колесами для упражнений на грызунах.
Статор устанавливается внутри корпуса двигателя, ротор установлен внутри, и между ними имеется зазор, отделяющий их от соприкосновения друг с другом. Кожух представляет собой станину двигателя, содержащую два подшипниковых узла.
Формулы для двигателя переменного тока
Синхронная скорость:
Частота:
Количество полюсов:
Мощность в лошадиных силах:
Пробуксовка двигателя:
Глоссарий двигателей переменного тока
Двигатель переменного тока — Электродвигатель, приводимый в действие переменным током, а не постоянным.
Переменный ток — Электрический заряд, который часто меняет направление (противоположно постоянному току, с зарядом только в одном направлении).
Центробежный переключатель — Электрический переключатель, который регулирует скорость вращения вала, работающий за счет центробежной силы, создаваемой самим валом.
Передаточное число — Передаточное число, при котором скорость двигателя уменьшается редуктором. Скорость на выходном валу равна 1 передаточному отношению x скорость двигателя.
Инвертор — Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Реверс выпрямителя.
Асинхронный двигатель — Может упоминаться как асинхронный двигатель; Тип двигателя переменного тока, в котором электромагнитная индукция питает ротор. Для создания крутящего момента требуется скольжение.
Скорость холостого хода — Обычно ниже синхронной скорости, это скорость, когда двигатель не несет нагрузки.
Номинальная скорость — Скорость двигателя при номинальной выходной мощности.Обычно самая востребованная скорость.
Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный в двигателе. Они могут использоваться в качестве компонента источника питания или могут обнаруживать радиосигналы. Обычно выпрямители могут состоять из твердотельных диодов, ртутных дуговых клапанов или других веществ. Реверс инвертора.
Выпрямление — Процесс преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя в двигателе переменного тока.
Асинхронный двигатель с разделенной фазой — Двигатели, которые могут создавать больший пусковой крутящий момент за счет использования центробежного переключателя в сочетании со специальной пусковой обмоткой.
Момент при остановке — Максимальный крутящий момент, с которым двигатель может работать, при определенном напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя.
Пусковой крутящий момент — крутящий момент, который мгновенно создается при запуске двигателя. Двигатель не будет работать, если нагрузка трения превышает крутящий момент.
Статический момент трения — Когда двигатель останавливается, например, тормозом, это выходной крутящий момент, необходимый для удержания нагрузки при остановке двигателя.
Синхронный двигатель — В отличие от асинхронного двигателя, он может создавать крутящий момент с синхронной скоростью без скольжения.
Синхронная скорость — Обозначается скоростью в минуту, это внутренний фактор, определяемый количеством полюсов и частотой сети.
Привод с регулируемой скоростью — Оборудование, используемое для управления частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель переменного тока, с целью управления его скоростью вращения.
Блок-схема для систем, в которых используется двигатель переменного тока
Срок службы двигателя переменного тока
Двигатели переменного токаAnaheim Automation обычно имеют срок службы около 10 000 часов работы, если двигатели работают в надлежащих условиях и в соответствии со спецификациями.
Требуемое обслуживание двигателя переменного тока
Профилактическое обслуживание — ключ к долговечной системе электродвигателя переменного тока.Следует проводить плановую проверку. Всегда проверяйте двигатель переменного тока на предмет загрязнения и коррозии. Грязь и мусор могут закупорить воздушные каналы и уменьшить поток воздуха, что в конечном итоге приведет к сокращению срока службы изоляции и возможному отказу двигателя. Если мусор не виден явно, убедитесь, что поток воздуха постоянный и не слабый. Это также может указывать на засорение. Во влажной, влажной или влажной среде проверьте клеммы в распределительной коробке на предмет коррозии и при необходимости отремонтируйте.
Прислушайтесь к чрезмерному шуму или вибрации и почувствуйте чрезмерное нагревание.Это может указывать на необходимость смазки подшипников. Примечание: Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к грязи и маслам, забивающим воздушный поток. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.
Примечание. Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к загрязнению и засорению потоком воздуха маслом маслами. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.
Электропроводка двигателя переменного тока
Следующая информация предназначена в качестве общего руководства для электромонтажа линейки двигателей переменного тока Anaheim Automation. Имейте в виду, что при прокладке силовой и сигнальной проводки на машине или системе излучаемый шум от близлежащих реле, трансформаторов и других электронных устройств может индуцироваться в двигателе переменного тока и сигналах энкодера, входных / выходных коммуникациях и других чувствительных низковольтных устройствах. сигналы. Это может вызвать сбои в системе.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть. Соблюдайте особую осторожность при обращении, подключении, тестировании и регулировке во время установки, настройки, настройки и эксплуатации. Не делайте чрезмерных корректировок или изменений в параметрах системы двигателя переменного тока, которые могут вызвать механическую вибрацию и привести к поломке и / или потерям. После того, как система электродвигателя переменного тока подключена, не запускайте ее путем прямого включения / выключения источника питания. Частое включение / выключение питания приведет к быстрому старению компонентов системы, что сократит срок службы системы электродвигателя переменного тока.
Строго соблюдать следующие правила:
• Следуйте схеме подключения к каждому двигателю переменного тока и / или контроллеру.
• Прокладывайте силовые кабели высокого напряжения отдельно от силовых кабелей низкого напряжения.
• Отделите входную силовую проводку и силовые кабели двигателя переменного тока от проводки управления и кабелей обратной связи двигателя. Сохраняйте это разделение на всем протяжении провода.
• Используйте экранированный кабель для силовой проводки и обеспечьте заземленное зажимное соединение на 360 градусов к стене корпуса.Оставьте на вспомогательной панели место для изгибов проводов.
• Сделайте все кабельные трассы как можно короче.
• Обеспечьте достаточный воздушный поток
• Сохраняйте окружающую среду как можно более чистой
ПРИМЕЧАНИЕ: Кабели заводского изготовления рекомендуются для использования в наших системах двигателей переменного тока. Эти кабели приобретаются отдельно и предназначены для минимизации электромагнитных помех. Эти кабели рекомендуется использовать вместо кабелей, изготовленных заказчиком, чтобы оптимизировать работу системы и обеспечить дополнительную безопасность для системы электродвигателя переменного тока, а также для пользователя.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Во избежание поражения электрическим током выполните все монтажные и электромонтажные работы двигателя переменного тока перед подачей питания. После подачи питания на соединительные клеммы может присутствовать напряжение.
Монтаж двигателя переменного тока
Следующая информация предназначена в качестве общего руководства по установке и монтажу системы электродвигателя переменного тока. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть.Соблюдайте особую осторожность при обращении, тестировании и регулировке во время установки, настройки и эксплуатации. При установке и монтаже очень важно учитывать проводку двигателя переменного тока. Субпанели, устанавливаемые внутри корпуса для монтажа компонентов системы, должны иметь плоскую жесткую поверхность, защищенную от ударов, вибрации, влаги, масла, паров или пыли. Помните, что двигатель переменного тока выделяет тепло во время работы; поэтому при проектировании компоновки системы следует учитывать рассеивание тепла.Размер корпуса не должен превышать максимально допустимую температуру окружающей среды. Рекомендуется устанавливать двигатель переменного тока в положение, обеспечивающее достаточный воздушный поток. Электродвигатель переменного тока должен быть устойчиво закреплен и надежно закреплен.
ПРИМЕЧАНИЕ: Между электродвигателем переменного тока и любыми другими устройствами, установленными в системе / электрической панели или шкафу, должно быть не менее 10 мм.
Чтобы соответствовать требованиям UL и CE, система электродвигателя переменного тока должна быть заземлена в заземленном проводящем корпусе, обеспечивающем защиту, как определено в стандарте EN 60529 (IEC 529) до IP55, таким образом, чтобы они были недоступны для оператора или неквалифицированного человека. .Как и любую движущуюся часть системы, двигатель переменного тока следует держать вне досягаемости оператора. Корпус NEMA 4X превосходит эти требования, обеспечивая степень защиты IP66. Чтобы улучшить соединение между шиной питания и субпанелью, сделайте субпанель из оцинкованной (не содержащей краски) стали. Кроме того, настоятельно рекомендуется защитить систему электродвигателя переменного тока от электрических помех. Шум от сигнальных проводов может вызвать механическую вибрацию и неисправности.
Экологические аспекты двигателя переменного тока
Следующие меры по охране окружающей среды и безопасности должны соблюдаться на всех этапах эксплуатации, обслуживания и ремонта системы электродвигателя переменного тока.Несоблюдение этих мер предосторожности нарушает стандарты безопасности при проектировании, производстве и предполагаемом использовании двигателя переменного тока. Обратите внимание, что даже правильно построенная система электродвигателя переменного тока, неправильно установленная и эксплуатируемая, может быть опасной. Пользователь должен соблюдать меры предосторожности в отношении нагрузки и условий эксплуатации. В конечном итоге заказчик несет ответственность за правильный выбор, установку и работу двигателя переменного тока и / или регулятора скорости.
Атмосфера, в которой используется двигатель переменного тока, должна способствовать соблюдению общих правил работы с электрическим / электронным оборудованием.Не эксплуатируйте систему электродвигателя переменного тока в присутствии легковоспламеняющихся газов, пыли, масла, пара или влаги. При использовании вне помещений двигатель переменного тока должен быть защищен от атмосферных воздействий соответствующей крышкой, обеспечивая при этом достаточный поток воздуха и охлаждение. Влага может вызвать опасность поражения электрическим током и / или вызвать поломку системы. Следует уделять должное внимание недопущению попадания любых жидкостей и паров. Свяжитесь с заводом-изготовителем, если для вашего приложения требуются определенные степени защиты IP. Разумно устанавливать двигатель переменного тока в среде, свободной от конденсации, электрических шумов, вибрации и ударов.
Кроме того, предпочтительно работать с системой электродвигателя переменного тока в нестатической защитной среде. Открытые цепи всегда должны быть надлежащим образом ограждены и / или закрыты для предотвращения несанкционированного контакта человека с цепями под напряжением. Никакие работы не должны выполняться при включенном питании.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ включать и отключать питание при включенном питании. После выключения питания подождите не менее 5 минут, прежде чем проводить инспекционные работы в системе двигателя переменного тока, потому что даже после отключения питания в конденсаторах внутренней цепи системы двигателя переменного тока будет оставаться некоторая электрическая энергия.
Спланируйте установку двигателя переменного тока в конструкции системы, свободной от мусора, такого как металлический мусор от резки, сверления, нарезания резьбы и сварки, или любого другого постороннего материала, который может контактировать с схемами системы. Если не предотвратить попадание мусора в систему двигателя переменного тока, это может привести к повреждению и / или поражению электрическим током.
История двигателя переменного тока
Изобретение двигателя переменного тока Асинхронные двигатели переменного тока
используются в отрасли уже более 20 лет.Идея двигателя переменного тока возникла у Николы Теслы в 1880-х годах. Никола Тесла заявил, что двигателям не нужны щетки для переключения ротора. Он сказал, что они могут быть вызваны вращающимся магнитным полем. Никола Тесла обнаружил использование переменного тока, который индуцирует вращающиеся магнитные поля. Тесла подал патент США номер 416194 на работу над двигателем переменного тока. Этот тип двигателя сегодня мы называем асинхронным двигателем переменного тока.
Эволюция двигателя переменного тока
Двигатель переменного тока сделал себе имя благодаря простой конструкции, простоте использования, прочной конструкции и рентабельности для множества различных применений.Достижения в области технологий позволили производителям развить идею Telsa и обеспечили большую гибкость в регулировании скорости асинхронного двигателя переменного тока. От простого фазового управления до более надежных систем с обратной связью, использующих векторно-ориентированное управление полем; Двигатель переменного тока усовершенствовался за последние сто двадцать лет.
Принадлежности для двигателей переменного тока
Для двигателей переменного тока существует широкий выбор принадлежностей. Доступные аксессуары включают тормоз, сцепление, вентилятор, разъем и кабели. Дополнительные сведения и варианты см. На странице «Аксессуары» Anaheim Automation.
Тормоза двигателя переменного тока представляют собой систему 24 В постоянного тока. Эти тормоза идеально подходят для любых удерживающих устройств, которые вы можете использовать с электродвигателем переменного тока. Тормоза электродвигателя переменного тока имеют низковольтную конструкцию для приложений, которые подвержены разряду батареи, потере энергии или длинной проводке.
Муфта двигателя переменного тока используется для управления крутящим моментом, прилагаемым к нагрузке. Муфту двигателя переменного тока также можно использовать для увеличения скорости нагрузки с высоким моментом инерции.Муфты идеально подходят для использования с электродвигателем переменного тока, когда вы хотите точно контролировать крутящий момент или медленно прикладывать мощность. Муфты электродвигателя переменного тока также помогают предотвратить резкие скачки тока.
Вентиляторы двигателя переменного тока используются для охлаждения двигателей. Обычно они не встречаются в небольших двигателях, потому что они не нужны, но чаще встречаются в более крупных асинхронных двигателях переменного тока из-за тепловыделения. Есть два типа вентиляторов, которые используются для двигателя переменного тока. Типы бывают внутренние и внешние вентиляторы. Вентиляторы электродвигателей переменного тока идеально подходят для использования, когда возникает проблема перегрева.
Кабели двигателя переменного тока могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с поставляемым разъемом двигателя переменного тока в соответствии с заданными спецификациями. Кабели также можно приобрести в компании Anaheim Automation.
Если двигатели переменного тока не идеальны для вашего применения, вы можете рассмотреть бесщеточные двигатели постоянного тока, щеточные двигатели постоянного тока, сервоприводы или шаговые двигатели и их совместимые драйверы / контроллеры. Наряду с двигателями переменного тока Anaheim Automation предлагает коробки передач и регуляторы скорости. Дополнительные продукты Anaheim Automation предлагает: энкодеры, HMI, муфты, кабели и соединители, линейные направляющие.
Настройка двигателя переменного тока
Anaheim Automation была основана в 1966 году как производитель систем управления перемещением «под ключ». Его упор на исследования и разработки обеспечил постоянное внедрение передовых продуктов управления движением, таких как линейка продуктов AC Motor. Сегодня Anaheim Automation занимает высокое место среди ведущих производителей и дистрибьюторов продукции для управления движением, и это положение усиливается ее отличной репутацией в области качественной продукции по конкурентоспособным ценам.Линия продуктов AC Motor не является исключением из целей компании.
Anaheim Automation предлагает широкий выбор стандартных двигателей переменного тока. Иногда OEM-заказчики со средним и большим количеством требований предпочитают иметь двигатель переменного тока, который настраивается или модифицируется в соответствии с их точными проектными требованиями. Иногда настройка так же проста, как модификация вала, тормоз, масляное уплотнение для степени защиты IP65, установочные размеры, цвета проводов или этикетка. В других случаях заказчик может потребовать, чтобы двигатель переменного тока соответствовал идеальным характеристикам, таким как скорость, крутящий момент и / или напряжение.Для получения более подробной информации обсудите требования к вашему приложению с инженером по автоматизации в Анахайме.
Электродвигатель переменного тока Anaheim Automation
Инженерыценят то, что линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation может удовлетворить их стремление к творчеству, гибкости и эффективности системы. Покупатели ценят простоту «универсального магазина» и экономию затрат благодаря индивидуальной конструкции электродвигателя переменного тока, в то время как инженеры довольны тем, что Anaheim Automation уделяет особое внимание их конкретным системным требованиям.
Стандартная линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation представляет собой экономичное решение, поскольку они известны своей прочной конструкцией и отличными характеристиками. Значительный рост продаж компании явился результатом целенаправленного проектирования, дружелюбного обслуживания клиентов и профессиональной поддержки приложений, что часто превосходит ожидания клиентов в отношении выполнения их индивидуальных требований. Хотя значительная часть продаж двигателей переменного тока Anaheim Automation связана с особыми, индивидуальными требованиями или требованиями частной марки, компания гордится своей стандартной базой складских запасов, расположенной в Анахайме, Калифорния, США.Чтобы сделать индивидуальную настройку двигателя переменного тока доступной, требуется минимальное количество и / или плата за непериодическое проектирование (NRE). Свяжитесь с заводом-изготовителем для получения подробной информации, если вам потребуется специальный двигатель переменного тока в конструкции вашей системы управления движением.
Все продажи индивидуализированного или модифицированного двигателя переменного тока не подлежат отмене и возврату, и для каждого запроса клиент должен подписывать соглашение NCNR. Все продажи, включая индивидуальный двигатель переменного тока, осуществляются в соответствии со стандартными положениями и условиями Anaheim Automation и заменяют любые другие явно выраженные или подразумеваемые условия, включая, помимо прочего, любые подразумеваемые гарантии.
Anaheim Automation заказывает линейку продуктов AC Motor разнообразно: компании, эксплуатирующие или проектирующие автоматизированное оборудование или процессы, которые включают в себя пищевую, косметическую или медицинскую упаковку, требования к маркировке или защите от несанкционированного вскрытия, сборку, конвейер, погрузочно-разгрузочные работы, робототехнику, специальную съемку и т. Д. проекционные эффекты, медицинская диагностика, устройства контроля и безопасности, управление потоком насоса, изготовление металла (станки с ЧПУ) и модернизация оборудования. Многие OEM-заказчики просят, чтобы мы использовали двигатели переменного тока «частной торговой марки», чтобы их клиенты оставались верными им при обслуживании, замене и ремонте.
Тест двигателя переменного тока
В: Какие три основных типа электродвигателей переменного тока предлагает Anaheim Automation?
A: Индукционные, синхронные и промышленные
Q: Каковы компоненты частотно-регулируемого привода?
A: Частотно-регулируемый привод включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.
В: Какой двигатель обычно используется в частотно-регулируемом приводе?
A: Трехфазный асинхронный двигатель
В: Каковы основные компоненты двигателя переменного тока?
A: Стационарный статор, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутренний ротор, прикрепленный к выходному валу.
В: Почему необходимо подключать конденсатор к асинхронному двигателю переменного тока?
A: Любой двигатель ACP-M, считающийся однофазным асинхронным двигателем, является двигателем с конденсаторным приводом. Следовательно, для его работы необходимо создать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы создают источник питания с фазовым сдвигом, который необходим для создания необходимого вращательного магнитного поля. С другой стороны, трехфазные двигатели всегда подают питание с разными фазами, поэтому им не нужны конденсаторы.
В: Что подразумевается под реверсивным двигателем, рассчитанным на 30 минут?
A: Двигатель рассчитан на оптимальную работу не более 30 минут. Если работать постоянно, двигатель перегорит.
Часто задаваемые вопросы по двигателям переменного тока:
В: Почему следует выбрать трехфазный двигатель вместо однофазного?
A: Однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10 л.с. (7,5 кВт) обычно не так распространены. Трехфазные двигатели менее вибрируют, что продлевает срок их службы по сравнению с однофазными двигателями той же мощности, используемыми в тех же условиях.
В: В чем разница между частотно-регулируемым приводом и частотно-регулируемым приводом?
A: Приводы с переменной частотой (VFD) обычно относятся только к приводам переменного тока, в то время как приводы с регулируемой скоростью (VSD) могут относиться либо к приводу переменного тока, либо к приводу постоянного тока. VFD управляет скоростью двигателя переменного тока, изменяя частоту двигателя. С другой стороны, преобразователи частоты изменяют напряжение для управления двигателем постоянного тока.
В: Могу ли я изменить направление вращения асинхронного двигателя переменного тока, если я подключил его, как показано в каталоге, например, ACP-M-4IK25N-AU?
A: Да, можно.Однако перед переключением направления убедитесь, что двигатель полностью остановлен. Если требуется немедленное реверсирование, реверсивный двигатель лучше подходит для данной области применения; например ACP-M-4RK25N-AU.
Q: Можно ли изменить скорость асинхронных двигателей переменного тока и реверсивных двигателей?
A: Частота источника питания определяет скорость однофазных (переменного тока) асинхронных и реверсивных двигателей. Если ваше приложение требует изменения скорости, рекомендуется использовать двигатель с регулировкой скорости.
В: Будет ли временное хранение моего асинхронного двигателя переменного тока при температуре от 0 ° F до -20 ° F создавать какие-либо проблемы?
A: Резкие перепады температуры могут привести к конденсации влаги внутри двигателя. В этом случае компоненты могут заржаветь, что значительно сократит срок службы. Постарайтесь избежать образования конденсата.
В: Это плохо, если мой асинхронный двигатель переменного тока сильно нагревается?
A: При преобразовании электрической энергии во вращательное движение внутри двигателя выделяется тепло, что делает его горячим.Температура двигателя переменного тока равна повышению температуры, вызванному потерями в двигателе, плюс температура окружающей среды. Если температура окружающей среды составляет 85 ° F, а внутренние потери в двигателе составляют 90 ° F (32 ° C), поверхность двигателя будет 175 ° F (79 ° C). Это не типично для маленького мотора.
В: Почему некоторые редукторы электродвигателя переменного тока выводят выходной сигнал противоположно двигателю, а другие — в том же направлении?
A: Редукторы снижают скорость двигателя от 1/3 до 1/180 (для асинхронных двигателей переменного тока.) Это снижение скорости является результатом использования нескольких передач; количество передач в зависимости от величины снижения скорости. Однако вращение последней шестерни определяет направление выходного вала.
В: Будет ли асинхронный двигатель переменного тока подвержен сильным колебаниям напряжения питания?
A: Напряжение источника питания влияет на крутящий момент, создаваемый двигателем. Крутящий момент примерно в два раза больше напряжения источника питания. Таким образом, при использовании двигателей с большими колебаниями напряжения питания важно помнить, что создаваемый крутящий момент будет изменяться.
VFD или симистор для асинхронных двигателей переменного тока?
Когда на асинхронный двигатель переменного тока подается напряжение, он работает с определенной скоростью. Требования к переменной скорости для асинхронных двигателей переменного тока обычно выполняются трехфазным двигателем и инвертором или частотно-регулируемым приводом. В этом сообщении в блоге также представлен еще один вариант.
Во-первых, давайте поговорим о наиболее распространенном методе регулирования скорости для асинхронных двигателей переменного тока, которым является инвертор или частотно-регулируемый привод (VFD). Я больше всего знаком с серией FRENIC Mini C2 от Fuji Electric.
ЧРП Fuji Electric FRENIC Mini C2
Как это устройство контролирует скорость двигателя переменного тока? Давайте сначала поймем, почему двигатель работает с определенной скоростью. С математической точки зрения синхронная скорость двигателя рассчитывается по формуле:
Большинство промышленных асинхронных двигателей переменного тока являются 4-полюсными, поэтому скорость двигателя синхронизируется с частотой входного источника питания (Гц). При 60 Гц двигатель будет работать со скоростью 1800 об / мин.
Частотно-регулируемый привод управляет скоростью двигателя с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для изменения частоты источника питания, подаваемого на двигатель.Как правило, от двигателя нет обратной связи; хотя некоторые диски используют обратную ЭДС в качестве обратной связи.
Вот блок-схема логики управления частотно-регулируемым приводом FRENIC Mini C2 (из руководства). Обратите внимание на его сложность из-за огромного количества компонентов. Для повышения производительности обычно предлагаются такие функции, как динамическое усиление крутящего момента или управление компенсацией скольжения.
Одним из недостатков использования частотно-регулируемых приводов является то, что они могут быть дорогими и сложными в размере. Также требуется трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с номинальной мощностью инвертора или, по крайней мере, с номинальной продолжительностью.Если двигатель оснащен тормозным механизмом, он обычно сокращает рабочий цикл. Я видел частотно-регулируемые приводы для однофазных двигателей на рынке в прошлом, но их трудно найти, и мы никогда не тестировали их с нашими двигателями.
Другой способ управления скоростью однофазных асинхронных двигателей переменного тока?
Теперь давайте посмотрим на другой метод управления скоростью. Взгляните на кривую крутящего момента однофазного асинхронного двигателя переменного тока, которая описывает, что двигатель будет делать после включения. Двигатель запускается со скоростью 0 об / мин, затем разгоняется до номинальной скорости.Обратите внимание, как входное напряжение влияет на форму кривой скорость-крутящий момент. Если момент нагрузки остается прежним, а входное напряжение снижается со 100 В до 90 В, то скорость двигателя снижается. Да, вы можете использовать напряжение для управления скоростью двигателя переменного тока .
ПРИМЕЧАНИЕ: максимальная скорость составляет ~ 1500 об / мин, поскольку входная мощность составляет 50 Гц. Для двигателей 60 Гц частота вращения 1500 об / мин будет равна 1800 об / мин.
Однако вы можете видеть, что скорость не сильно падает при падении напряжения на 10 В.Если напряжение снижается слишком сильно, двигатель может быть вынужден работать в нестабильной области (менее ~ 1000 об / мин) и, возможно, заглохнет. В идеале вы действительно хотите, чтобы двигатель работал с оптимальной номинальной скоростью для наилучшей и наиболее эффективной работы. Этот метод управления скоростью очень похож на метод управления скоростью щеточных двигателей постоянного тока. Однако диапазон оборотов управления скоростью намного шире у щеточных двигателей постоянного тока.
Чтобы этот метод управления был успешным, необходимо устройство обратной связи, чтобы замкнуть контур между двигателем и регулятором скорости.Эта обратная связь необходима для предотвращения слишком сильных колебаний скорости двигателя (и входного напряжения).
Oriental Motor использует тахогенераторы для замыкания контура между нашими двигателями с регулируемой скоростью переменного тока и контроллерами скорости, такими как серии DSC или US2. Тахогенератор, он же тахометр, вырабатывает напряжение, пропорциональное скорости. Он используется в непрерывном контуре обратной связи для поддержания точности скорости на уровне ± 1% или меньше.
Это упрощенная схема цепи управления для серии DSC.
Для всех, кому интересно, это схема цепи управления с более подробной информацией. Вы можете видеть, что мы используем TRIAC для управления напряжением. Также мы используем однополупериодный выпрямитель.
Показывает, как тахогенератор используется во время работы двигателя.
Поскольку схема управления намного менее сложна, чем у частотно-регулируемого привода, двигатели с регулируемой скоростью переменного тока являются более экономичным вариантом по сравнению с двигателями переменного тока с приводом от частотно-регулируемого привода. Метод управления фазой также демонстрирует меньший электрический шум по сравнению с двигателями с приводом от частотно-регулируемого привода, где частотно-регулируемые приводы переключаются с гораздо большей скоростью.
Еще одно преимущество, представленное в серии DSC, — это вертикальная работа. В прошлом двигатели тахогенераторов были проблемой при вертикальном перемещении. Причина в гравитации.
В этом примере двигатель перемещает груз вниз по ленточному конвейеру. Когда груз опускается, сила тяжести будет тянуть груз вниз и увеличивать его скорость. По мере увеличения скорости увеличивается напряжение тахогенератора. Это заставляет контроллер скорости думать, что двигатель движется слишком быстро, что снижает его напряжение, чтобы попытаться снизить скорость.Однако при понижении напряжения двигатель теряет крутящий момент. Этот процесс повторяется до тех пор, пока крутящий момент двигателя не истощится и нагрузка не упадет. В серии DSC функция останова при замедлении позволяет осуществлять контролируемое замедление с автоматическим электромагнитным торможением. |
Недостатком двигателей переменного тока с регулировкой скорости с обратной связью от тахогенератора является то, что на низких скоростях двигатель имеет определенные ограничения по крутящему моменту. Кривая крутящего момента скорости двигателя помечена, чтобы показать это. Убедитесь, что работает ниже «линии безопасной эксплуатации». Для комбинированных типов (мотор-редукторы) см. Пунктирную линию с надписью «Допустимый крутящий момент для комбинированного типа».
Другими словами, чтобы избежать этой проблемы, используйте мотор-редуктор.
Чтобы узнать больше о серии DSC или ее методе управления скоростью, прочтите официальный документ.
Подпишитесь, пожалуйста, в правом верхнем углу страницы!
| Есть ли другая альтернатива? | ||||||
Если требуется работа при более низких температурах, идеальным вариантом является более высокая энергоэффективность, лучшее регулирование скорости, постоянный выходной крутящий момент или более широкий диапазон скоростей. Для таких применений, как сдвоенные ленточные конвейеры, машины для полировки / удаления заусенцев или перемешивающие машины, слишком сильные колебания скорости из-за нагрузки могут повлиять на конечный продукт. Если постоянный крутящий момент и регулирование скорости имеют решающее значение, а системы серводвигателей выходят за рамки бюджета, стоит подумать о бесщеточных двигателях.
Щелкните ниже, чтобы сравнить 3 доступные технологии управления скоростью. |
Какие типы двигателей можно использовать с частотно-регулируемыми приводами?
Различные типы промышленных двигателей, которые могут использоваться с частотно-регулируемыми приводами:- Электродвигатели постоянного тока: электродвигатели постоянного тока все еще производятся, хотя количество активных производителей значительно сократилось, особенно тех, которые все еще производят большие электродвигатели постоянного тока (> 1 МВт).
- Асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором: Этот тип двигателя является наиболее часто используемым двигателем в промышленных процессах с частотно-регулируемыми приводами.
- Асинхронный двигатель с фазным ротором: этот тип двигателя традиционно использовался в частотно-регулируемом приводе, когда нагрузка требовала высокого пускового момента, а мощность сети электропитания была недостаточной для прямого пуска от сети (DOL). Работа с переменной скоростью достигается за счет изменения эффективного сопротивления в цепи ротора.
- Синхронный двигатель переменного тока с бесщеточным или щеточным возбуждением.
- Синхронный двигатель переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов: Этот тип двигателя специально разработан для работы с частотно-регулируемым приводом.Синхронные двигатели используются в основном в диапазонах высокой мощности для минимизации затрат за счет минимизации номинального тока преобразователя частоты и из-за отсутствия асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Диапазон мощности частотно-регулируемых приводов типа VSI простирается от дробных кВт, таких как 0,18 кВт до 2 000 кВт в диапазоне низкого напряжения и от 200 кВт до 30 МВт в диапазоне среднего напряжения.Низкие напряжения, представляющие интерес для местного рынка, представляют собой стандартные напряжения IEC (Международной электротехнической комиссии), а именно: однофазное 230 В, трехфазное 400 В и трехфазное 690 В при входной частоте 50 Гц. Чтобы удовлетворить потребности рынка 525 В, используются частотно-регулируемые приводы с номинальным напряжением 600 В и 690 В. На уровне среднего напряжения представляющие интерес напряжения составляют 3 300 В, 6 600 В и 11 000 В. Экономические факторы должны быть определяющим фактором в отношении номинального напряжения привода при требуемой номинальной мощности, хотя это не всегда так.
Методы регулирования скорости асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель практически представляет собой двигатель с постоянной скоростью, что означает, что для всего диапазона нагрузок изменение скорости двигателя довольно мало. Скорость параллельного двигателя постоянного тока можно очень легко изменять с хорошим КПД, но в случае асинхронных двигателей снижение скорости сопровождается соответствующей потерей эффективности и низким коэффициентом мощности. Поскольку асинхронные двигатели широко используются, регулирование их скорости может потребоваться во многих приложениях. Различные методы управления скоростью асинхронного двигателя объясняются ниже.Регулировка скорости асинхронного двигателя со стороны статора
1. Путем изменения подаваемого напряжения:
Из уравнения крутящего момента асинхронного двигателя,Сопротивление ротора R 2 постоянно, и если скольжение s небольшое, то (sX 2 ) 2 настолько мало, что им можно пренебречь. Следовательно, T ∝ sE 2 2 , где E 2 — ЭДС, индуцированная ротором, а E 2 ∝ V
Таким образом, T ∝ sV 2 , что означает, что если подаваемое напряжение уменьшается, развиваемый крутящий момент уменьшается.Следовательно, для обеспечения того же момента нагрузки скольжение увеличивается с уменьшением напряжения, и, следовательно, скорость уменьшается. Этот метод является наиболее простым и дешевым, но до сих пор используется редко, потому что
- требуется большое изменение напряжения питания для относительно небольшого изменения скорости.
- большое изменение напряжения питания приведет к большому изменению плотности магнитного потока, следовательно, это нарушит магнитные условия двигателя.
2. Изменяя применяемую частоту
Синхронная скорость вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя определяется по формуле,. где f = частота питания и P = количество полюсов статора.
Следовательно, синхронная скорость изменяется с изменением частоты питания. Фактическая скорость асинхронного двигателя определяется как N = Ns (1 — s) . Однако этот метод не получил широкого распространения. Его можно использовать там, где асинхронный двигатель питается от специального генератора (так что частоту можно легко изменять, изменяя скорость первичного двигателя). Кроме того, при более низкой частоте ток двигателя может стать слишком большим из-за пониженного реактивного сопротивления. А если частота превышает номинальное значение, максимальный развиваемый крутящий момент падает, а скорость увеличивается.
3. Постоянное регулирование U / F асинхронного двигателя
Это самый популярный метод управления скоростью асинхронного двигателя. Как и в описанном выше методе, если частота питания снижается при сохранении номинального напряжения питания, поток в воздушном зазоре стремится к насыщению. Это вызовет чрезмерный ток статора и искажение магнитной волны статора. Следовательно, напряжение статора также должно быть уменьшено пропорционально частоте, чтобы поддерживать постоянный магнитный поток в воздушном зазоре. Величина потока статора пропорциональна отношению напряжения статора к частоте.Следовательно, если отношение напряжения к частоте остается постоянным, магнитный поток остается постоянным. Кроме того, при поддержании постоянного V / F развиваемый крутящий момент остается приблизительно постоянным. Этот метод дает более высокую эффективность во время выполнения. Поэтому в большинстве приводов переменного тока для управления скоростью используется метод постоянного напряжения / частоты (или метод переменного напряжения и переменной частоты). Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, этот метод также предлагает возможность «плавного пуска».4. Изменение количества полюсов статора
Из приведенного выше уравнения синхронной скорости можно увидеть, что синхронная скорость (и, следовательно, скорость движения) может быть изменена путем изменения количества полюсов статора.Этот метод обычно используется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку ротор с короткозамкнутым ротором адаптируется к любому количеству полюсов статора. Смена полюсов статора достигается двумя или более независимыми обмотками статора, намотанными на разное количество полюсов в одинаковых пазах.Например, статор намотан с двумя 3-фазными обмотками, одна на 4 полюса, а другая на 6 полюсов.
для частоты питания 50 Гц
i) синхронная скорость при подключении 4-х полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/4 = 1500 об / мин
ii) синхронная скорость при подключении 6-полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/6 = 1000 об / мин
Регулировка скорости со стороны ротора:
1.Регулировка реостата ротора
Этот метод аналогичен управлению реостатом якоря параллельного двигателя постоянного тока. Но этот метод применим только к электродвигателям с фазным ротором, так как добавление внешнего сопротивления в ротор электродвигателей с короткозамкнутым ротором невозможно.2. Каскадный режим
В этом методе регулирования скорости используются два двигателя. Оба установлены на одном валу, поэтому оба работают с одинаковой скоростью. Один двигатель питается от трехфазного источника питания, а другой двигатель получает питание от наведенной ЭДС в первом двигателе через контактные кольца.Расположение показано на следующем рисунке.Двигатель A называется основным двигателем, а двигатель B — вспомогательным двигателем.
Пусть, N s1 = частота двигателя A
N s2 = частота двигателя B
P 1 = количество полюсов статора двигателя A
P 2 = количество полюсов статора двигателя B
N = скорость установки и одинаковая для обоих двигателей
f = частота питания
Теперь скольжение двигателя A, S 1 = (N s1 — N) / N s1 .
частота ЭДС, индуцированная ротором в двигателе A, f 1 = S 1 f
Теперь на вспомогательный двигатель B подается ЭДС индукции ротора
, следовательно, N s2 = (120f 1 ) / P 2 = (120S 1 f) / P 2 .
теперь ставим значение S 1 = (N s1 — N) / N s1
я.е. N = N с2 .
из приведенных выше уравнений можно получить, что
С помощью этого метода можно получить четыре различных скорости
1. когда работает только двигатель A, соответствующая скорость = .Ns1 = 120f / P 1
2. когда работает только двигатель B, соответствующая скорость = Ns2 = 120f / P 2
3. Если выполнено коммутационное каскадирование, скорость набора = N = 120f / (P 1 + P 2 )
4. Если выполняется дифференциальное каскадирование, скорость установки = N = 120f (P 1 — P 2 )
3.Путем подачи ЭДС в цепь ротора
В этом методе скорость асинхронного двигателя регулируется путем подачи напряжения в цепь ротора. Необходимо, чтобы подаваемое напряжение (ЭДС) имело ту же частоту, что и частота скольжения. Однако ограничений по фазе вводимой ЭДС нет. Если мы подаем ЭДС, которая находится в противофазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора будет увеличиваться. Если мы введем ЭДС, которая находится в фазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора уменьшится.Таким образом, изменяя фазу инжектируемой ЭДС, можно управлять скоростью. Основным преимуществом этого метода является широкий диапазон регулирования скорости (как выше нормы, так и ниже нормы). ЭДС может быть введена различными методами, такими как система Крамера, система Шербиуса и т. Д.Основы частотно-регулируемых приводов
Когда Тесла впервые представил трехфазный асинхронный двигатель переменного тока (AC) в 1888 году, он знал, что его изобретение было более эффективным и надежным, чем двигатель постоянного тока (DC) Эдисона.Однако для управления скоростью двигателя переменного тока требуется либо изменение магнитного потока, либо изменение числа полюсов двигателя. Даже спустя десятилетия после того, как асинхронный двигатель получил широкое распространение, изменение частоты для управления скоростью оставалось чрезвычайно сложной задачей, а физическая конструкция двигателя не позволяла производителям создавать двигатели с более чем двумя скоростями.
В результате двигатели постоянного тока были необходимы там, где требовались точный контроль скорости и значительная выходная мощность.В отличие от требований к управлению скоростью электродвигателя переменного тока, управление скоростью электродвигателя постоянного тока было достигнуто за счет включения реостата в цепь возбуждения постоянного тока малой мощности, что было осуществимо с использованием имеющихся технологий. Эти простые средства управления двигателем меняли скорость и крутящий момент, и в течение ряда десятилетий были наиболее экономичным способом сделать это.
Рис. 1. Идеальная синусоида и форма сигнала ШИМ.
К 1980-м годам технология приводов двигателей переменного тока стала достаточно надежной и недорогой, чтобы конкурировать с традиционными системами управления двигателями постоянного тока.Эти частотно-регулируемые приводы (ЧРП) точно регулируют скорость стандартных асинхронных или синхронных двигателей переменного тока. При использовании частотно-регулируемых приводов управление скоростью с полным крутящим моментом достигается от 0 об / мин до максимальной номинальной скорости и, если требуется, выше номинальной скорости при пониженном крутящем моменте. ЧРП регулируют частоту своего выхода, преобразуя входящий переменный ток в постоянный, а затем используя широтно-импульсную модуляцию напряжения для воссоздания формы выходного переменного тока и напряжения. Однако этот процесс преобразования частоты приводит к потере от 2% до 3% тепла в частотно-регулируемом приводе — калорийной энергии, которая должна рассеиваться.Процесс также приводит к скачкам перенапряжения и гармоническим искажениям тока.
Типы частотно-регулируемых
Существует три распространенных типа частотно-регулируемых приводов. Инверсия источника тока (CSI) успешно используется в системах обработки сигналов и в промышленных энергетических приложениях. CSI VFD — единственный тип, который имеет возможность рекуперации энергии. Другими словами, они могут поглощать обратный поток мощности от двигателя к источнику питания. ЧРП CSI выдают очень чистую форму волны тока, но требуют больших и дорогих индукторов в своей конструкции и вызывают зубчатые колебания (пульсирующие движения во время вращения) ниже 6 Гц.
Приводыс инверсией источника напряжения (VSI) имеют низкий коэффициент мощности, могут вызывать зубцовый сдвиг двигателя ниже 6 Гц и не являются регенеративными. Следовательно, диски CSI и VSI не получили широкого распространения.
ЧРПс широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) чаще всего используются в промышленности из-за отличного входного коэффициента мощности за счет фиксированного напряжения на шине постоянного тока, отсутствия зубчатого зацепления двигателя, более высокого КПД и более низкой стоимости. ЧРП с ШИМ использует серию импульсов напряжения разной длины для имитации синусоидальной волны ( рис.1 на странице 8). В идеале импульсы синхронизируются так, чтобы средний интеграл привода по времени давал идеальную синусоиду. Текущий метод получения этой формы сигнала пропускает треугольную волну и синусоидальную волну через компаратор и выдает импульс напряжения всякий раз, когда значение синусоидальной волны больше, чем треугольная волна. В качестве электрического компонента тока для генерации импульса напряжения используется биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), хотя кремниевые выпрямители (SCR) также могут работать.В ближайшем будущем для выполнения этой задачи будут использоваться затворные транзисторы с усиленной инжекцией (IEGT). В более долгосрочной перспективе мемристоры, вероятно, станут предпочтительным компонентом для этой задачи.
Мемристоры — четвертый пассивный элемент схемы, связывающий электрический заряд и магнитный поток. Предполагается, что мемристоры существуют уже более 30 лет, но не были изготовлены до апреля 2008 года Hewlett Packard Labs. Hewlett Packard надеется использовать эти устройства в качестве пассивных транзисторов, уменьшая их тепловыделение по сравнению с другими типами памяти.Независимо от компонента, используемого для формирования синусоидальной волны, переключение вызывает проблемы.
Тепло, потери мощности и гармоники
Первая проблема, которую необходимо решить производителю частотно-регулируемого привода, — это нагрев. Хотя частотно-регулируемые приводы являются высокоэффективными устройствами, производители не могут создать идеальный набор компонентов. Потери тепла в приводе регулируются следующим уравнением:
H потеря = P t (1-η)
Где H потери — это потеря мощности (Вт), P t — мощность, проходящая через привод (Вт), а η — эффективность привода.Обычно ЧРП имеют рейтинг эффективности от 95% до 98%. Это означает, что количество воздуха, которое должно пройти через привод, определяется уравнением:
м = H потери ÷ (C p ΔT) = P t (1-η) ÷ (C p ΔT)
Где m — массовый расход (кг / с), C p — удельная теплоемкость воздуха [кДж ÷ (кг × K)], а ΔT — разница температур между входящим и выходящим воздухом ( К). Это тепло может привести к значительным затратам на охлаждение, которые будут добавлены к конструкции, особенно если привод не может быть размещен в неклассифицированном месте (зоне, свободной от легковоспламеняющихся газов или частиц).Если привод должен быть размещен в засекреченном месте, то воздушный поток, идущий к приводу, необходимо будет продуть и создать давление.
Рис. 2. Реальная синусоида и форма сигнала ШИМ. Обратите внимание, как гармоники влияют на форму синусоиды.
Нагрев — только одна из проблем с частотно-регулируемыми приводами. Другая серьезная проблема связана с системными гармониками. Изображение ШИМ и вызываемых ими гармоник показано на рис. 2 . Неравномерности синусоидальной волны называются гармониками.В идеальном мире силовых цепей этих гармоник не должно быть. Они ничего не делают, но создают проблемы. К счастью, есть несколько способов уменьшить гармоники.
Один из простейших методов борьбы с гармониками — разместить синусоидальный фильтр по обе стороны от частотно-регулируемого привода. Со стороны линии они обычно называются линейными реакторами и имеют значения реактивного сопротивления от 1,5% до 5,0% импеданса. Более высокий импеданс не только задерживает больше гармоник, но также ограничивает мощность, поступающую на частотно-регулируемый привод.
Еще одна тактика, которую можно использовать на линейной стороне частотно-регулируемого привода, — это разместить конденсаторы на общей шине. Поскольку импеданс конденсатора обратно пропорционален частоте сигнала, гармоники видят короткое замыкание через конденсатор и проходят через конденсатор на землю, игнорируя другие нагрузки на шине. VFD могут также использовать активный интерфейс для ограничения гармоник, которые видит сторона линии. Активный входной каскад имеет еще один переключатель IGBT с обратным напряжением в качестве основного IGBT, но он проходит через фильтр верхних частот, так что основной сигнал мощности идет на землю.Сумма двух гармонических сигналов в идеале должна быть равна нулю. Если активный внешний привод по какой-либо причине не подходит, можно приобрести пассивный внешний VFD. Пассивные входные частотно-регулируемые приводы используют несколько фазосдвигающих трансформаторов и диодные мосты для подавления гармоник.
Чем больше импульсов у пассивного внешнего частотно-регулируемого привода, тем меньше проблем с гармониками. Компромисс заключается в том, что линейные напряжения должны быть хорошо сбалансированы, а каждый дополнительный фазосдвигающий трансформатор увеличивает стоимость и снижает эффективность.В крайних случаях можно приобрести изолирующий трансформатор. Хотя это один из самых эффективных способов предотвращения распространения гармоник, он также является одним из самых дорогостоящих.
Если гармоники недостаточно подавлены на линии VFD, могут возникнуть перекрестные помехи и перегрев. Перегрев может привести либо к уменьшению размеров шины, либо к увеличению затрат на охлаждение. Перекрестные помехи определяются как сигнал от одной цепи, создающей помехи другой цепи. Вообще говоря, это более серьезная проблема, чем перегрев.Примером может служить радиоприемник, который слегка расстроен. Несмотря на то, что через помехи можно слышать музыку, статические помехи раздражают. Перекрестные помехи — это неприятная вещь в телекоммуникационных цепях. В силовых цепях перекрестные помехи вызывают перегрев и срабатывание реле частоты.
Подобно тому, как гармоники, оставленные неотмеченными на стороне линии, могут вызывать проблемы, они могут создавать проблемы и на стороне нагрузки. Это из-за природы волн. Например, небольшое усилие, приложенное к Slinky с обоих концов, вызовет синусоидальную волну большой амплитуды.Электромагнитные волны действуют таким же образом, а это означает, что небольшое реактивное сопротивление может вызвать большие всплески напряжения. Поскольку это реактивное сопротивление является индуктивным по своей природе, большинство выходных фильтров представляют собой конденсаторы, подключенные по схеме треугольника. В идеале это должно привести к нулю реактивной части импеданса. Если полное сопротивление подобрано правильно, этого не произойдет.
Предупреждение: конденсаторы, подключенные на стороне нагрузки частотно-регулируемого привода, могут создать большое количество проблем, вплоть до выхода из строя привода.Поэтому перед установкой синусоидального фильтра на стороне нагрузки частотно-регулируемого привода рекомендуется проконсультироваться с производителем привода. В редких случаях может использоваться активный фильтр. Хотя они, как правило, работают хорошо, они довольно дороги и обычно должны разрабатываться индивидуально.
Преимущества ЧРП
Несмотря на то, что частотно-регулируемые приводы генерируют большое количество гармоник и тепла, они не были бы так широко распространены и популярны, как сегодня, если бы не имели значительной экономической выгоды.
Электрически частотно-регулируемые приводы работают с высоким коэффициентом мощности. Асинхронные двигатели любого класса обычно имеют низкий коэффициент мощности при нагрузке на половину и три четверти (от 0,75 до 0,85). Фактически это сокращает срок службы двигателя, поскольку ненужное увеличение тока приводит к перегреву изоляции обмотки. VFD обходят эту проблему, управляя нагрузкой с частотой ниже основной.
Самая очевидная причина для приобретения частотно-регулируемого привода — это регулирование скорости. Обычно это делается для технологических, эксплуатационных и экономических выгод.Одним из экономических преимуществ является сокращение объема технического обслуживания при использовании частотно-регулируемого привода, особенно отсутствие необходимости иметь дело с угольными щетками двигателя постоянного тока или механическими коробками передач (трансмиссиями) с регулировкой скорости. Наиболее очевидные экономические преимущества частотно-регулируемых приводов связаны с вентиляторами и насосами. Мощность, потребляемая насосом или вентилятором, прямо пропорциональна кубу скорости. Это означает, что если оператор может запустить вентилятор на 80% от полной скорости, он теоретически использует 51% от полной мощности нагрузки.
ЧРПтакже оптимизируют пусковые характеристики двигателя.VFD быстро разгоняют двигатели до полной скорости, потребляя от 100% до 150% тока полной нагрузки (FLA). Эта возможность запуска с нормальным значением FLA очень важна, если источник питания не может выдержать обычно шестикратное значение FLA при пуске через линию или даже ток устройства плавного пуска в размере 350% FLA. ЧРП делают это, управляя магнитным потоком асинхронного двигателя. Магнитный поток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален частоте. При поддержании постоянного магнитного потока пусковой ток не превышает номинального значения FLA двигателя, и сохраняется полный крутящий момент.Это значительное улучшение по сравнению с плавным пуском, который имеет значительные проблемы с падением напряжения и не может запускаться при полной нагрузке.
Другой потенциально полезный аспект VFD продемонстрирован на Fig. 3 , (щелкните здесь, чтобы увидеть Fig. 3 ), который показывает выходной сигнал VFD с постоянным крутящим моментом. Обратите внимание на две области: постоянный крутящий момент и постоянную мощность. Область постоянного крутящего момента не требует пояснений; ЧРП регулирует поток так, чтобы ток был постоянным.Как только частотный преобразователь частоты превышает номинальную частоту системы, напряжение не может увеличиваться из-за физических ограничений системы. Поскольку напряжение статично, а частота увеличивается, поток вынужден уменьшаться. Когда это происходит, ток и крутящий момент также уменьшаются. Это называется ослаблением поля. Хотя это не обязательно хорошо, это может быть полезно, если есть потребность в питании нагрузки с частичным крутящим моментом выше номинальной скорости. В дополнение к этой возможности, частотно-регулируемые приводы могут также принимать любую форму входного питания, будь то однофазный переменный ток, трехфазный переменный ток или постоянный ток.ЧРП, питаемые от источника постоянного тока, по-прежнему питают нагрузку переменного тока без внутреннего выпрямителя.
Частотные преобразователитакже могут применяться в электросетях. Одним из классических примеров этого является индукционный генератор с двойным питанием, в котором частотно-регулируемый привод может выдавать сигнал фиксированной частоты и напряжения на вход переменной скорости (частоты). Это обычно наблюдается в ветряных турбинах и других проектах малых гидроэлектростанций, которые будут подключены к электросети. Другие возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрические элементы, могут использовать частотно-регулируемые приводы для работы в качестве инвертора перед подключением к электросети, хотя инверторы с понижающей-повышающей технологией более распространены.Хотя существует множество потенциальных применений частотно-регулируемых приводов в коммерческой электросети, они выходят за рамки данной статьи.
Таким образом, всякий раз, когда нагрузка имеет переменный крутящий момент или переменную скорость, следует рассмотреть возможность использования частотно-регулируемого привода. VFD можно рассмотреть, если у большого двигателя есть проблема с падением напряжения, крутящим моментом или пусковым током во время запуска. Несмотря на то, что частотно-регулируемые приводы, несомненно, решают изрядное количество проблем и обеспечивают значительную экономию энергии, выделяемое ими тепло должно рассеиваться, а создаваемые ими гармоники должны уменьшаться.
Новак — инженер-электрик в компании Fluor, Inc., Шугар Лэнд, Техас. С ним можно связаться по телефону [email protected].
Что такое прямое управление крутящим моментом (DTC) для асинхронных двигателей переменного тока?
Преобразователи частоты управляют асинхронными двигателями переменного тока с помощью одной из нескольких схем управления. Скалярное управление (также называемое управлением V / Hz или V / f) изменяет как напряжение, так и частоту мощности, подаваемой на двигатель, чтобы поддерживать фиксированное соотношение между ними. Это сохраняет напряженность магнитного поля на постоянном уровне, так что производство крутящего момента остается стабильным.Скалярное управление — это простой и недорогой метод управления, но он не позволяет точно контролировать скорость двигателя.
Векторное управление (также называемое полевым управлением или FOC) независимо управляет намагничиванием и составляющими тока статора, создающими крутящий момент, для управления скоростью и крутящим моментом двигателя.
Другой метод управления, известный как прямое управление крутящим моментом (DTC), аналогичен полевому управлению, поскольку он разделяет крутящий момент и магнитный поток и управляет ими независимо.Но DTC контролирует крутящий момент двигателя напрямую, , без модулятора, поэтому реакция крутящего момента происходит намного быстрее.
Прямое управление крутящим моментом использует два контура управления — контур управления скоростью и контур управления крутящим моментом — которые работают вместе, наряду с усовершенствованной моделью двигателя, для точного прогнозирования магнитного потока статора и крутящего момента двигателя. Вот как это работает:
Изображение предоставлено: ABB1 — Измеряются два фазных тока двигателя и напряжение шины постоянного тока, а также положения переключателей инвертора.(Напряжение двигателя определяется напряжением шины постоянного тока и положениями переключателя инвертора.)
2- Ток и напряжение двигателя подаются на модель двигателя, которая использует передовые математические алгоритмы для получения точных значений магнитного потока статора и крутящего момента двигателя, а также скорости вала каждые 25 мкс (до 12,5 мкс в некоторых приводах). ).
3 — Фактические значения крутящего момента и магнитного потока передаются на компараторы крутящего момента и магнитного потока, которые сравнивают их с эталонными значениями крутящего момента и магнитного потока, которые предоставляются контуром управления скоростью (см. №6).
Целью компараторов является удержание величин векторов крутящего момента и магнитного потока в пределах узкой полосы гистерезиса вокруг эталонных значений. Это основной фактор, позволяющий DTC добиться быстрого отклика крутящего момента без перерегулирования.
4 — Сигналы состояния крутящего момента и магнитного потока подаются на селектор оптимальных импульсов.
5 — Оптимальный селектор импульсов выбирает оптимальный вектор напряжения из справочной таблицы и на основе этого посылает импульсы на полупроводниковые переключающие устройства инвертора для поддержания или изменения крутящего момента двигателя по мере необходимости.
Справочная таблица обеспечивает оптимальный вектор напряжения на основе трех параметров: необходимо ли увеличивать или уменьшать крутящий момент и магнитный поток статора (или, для крутящего момента, поддерживать постоянным), и в каком секторе (сегмент 60 градусов) плоскости пространственного вектора поток статора остается.
Классическая справочная таблица, используемая селектором оптимальных импульсов для определения оптимального вектора напряжения для изменения или поддержания крутящего момента двигателя.Переключение полупроводников в инверторе снова определяет напряжение и ток двигателя, которые определяют крутящий момент и магнитный поток двигателя, тем самым замыкая контур управления.
6 — Контур управления скоростью содержит контроллер скорости (который состоит из ПИД-регулятора и компенсатора ускорения), контроллер задания крутящего момента и контроллер задания магнитного потока.
Выходной сигнал регулятора скорости подается на контроллер задания крутящего момента, выход которого является внутренним заданным значением для компаратора крутящего момента в контуре управления крутящим моментом.
Контроллер задания магнитного потока определяет абсолютное значение магнитного потока статора и предоставляет его в качестве внутреннего задания для компаратора магнитного потока в контуре управления крутящим моментом.В контроллере задания магнитного потока также контролируется и модифицируется магнитный поток, чтобы задействовать такие функции инвертора, как оптимизация энергии и торможение магнитным потоком.
Когда прямое управление крутящим моментом сравнивается с управлением, ориентированным на поле, которое также позволяет точно контролировать скорость и крутящий момент двигателя, выделяются два основных различия. Во-первых, прямое управление крутящим моментом осуществляется без датчиков — датчики скорости или положения не требуются. Требуются только измерения напряжения и тока. Это снижает стоимость и повышает надежность.
Второе отличие заключается в том, что для прямого управления крутящим моментом не требуется модулятор (широтно-импульсный модулятор или ШИМ), поэтому время обработки сокращается в 10 раз, что улучшает реакцию крутящего момента, обычно до менее 2 мс. Это означает, что крутящий момент и скорость можно точно контролировать даже на низких скоростях, а полный пусковой крутящий момент доступен вплоть до нулевой скорости.
Почему вы должны использовать трехфазный асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом переменного тока
Частотно-регулируемый привод (VFD) — это тип привода с регулируемой скоростью, используемый для управления электродвигателями, приводимыми в действие переменным током (AC) .В промышленности используются два основных типа двигателей переменного тока: синхронные и индукционные. Есть несколько причин, по которым вы должны использовать трехфазный асинхронный двигатель с вашим частотно-регулируемым приводом.
Блог по теме: 5 вещей, которые необходимо знать перед проектированием центра управления двигателями
Какие типы двигателей есть у Mader?
Синхронные и асинхронные двигатели
Синхронные двигатели переменного тока работают с использованием роторов, которые вращаются с той же скоростью, что и вращающиеся магнитные поля.Двигателю требуется источник постоянного тока (DC) для создания потока электричества в обмотки статора и создания вращающегося электромагнитного поля. Полная блокировка между статором и направлением вращения ротора определяет, что двигатель работает синхронно или вообще не работает.
Асинхронные двигатели — это наиболее распространенные двигатели, используемые в промышленном оборудовании, таком как насосы, конвейеры и воздуходувки. Они также работают с использованием электромагнитных полей, но классифицируются по количеству фаз.«Фаза — это количество отдельных электрических токов, активирующих катушки, расположенные вокруг статора.
В трехфазном двигателе три тока используются для возбуждения трех или кратных трех катушек. Трехфазные двигатели самозапускаются и не требуют внешнего источника постоянного тока. Скорость ротора в асинхронном двигателе варьируется в зависимости от колебания магнитной индукции, и это колебание приводит к тому, что ротор вращается с меньшей скоростью, чем скорость магнитного поля статора.
Какие условия влияют на скорость ротора асинхронного двигателя?
- Частота сети переменного тока
- Количество катушек, составляющих статор
- Нагрузка на двигатель
Чем выше требования к нагрузке, тем больше разница (скольжение) между скоростью ротора и скоростью вращающегося магнитного поля.Чтобы отрегулировать скорость асинхронного двигателя переменного тока, необходимо изменить частоту источника переменного тока, что является целью преобразователя частоты.
Трехфазный асинхронный двигатель и частотно-регулируемый приводДобавление частотно-регулируемого привода к трехфазному асинхронному двигателю позволяет изменять скорость двигателя в соответствии с его нагрузкой, экономя энергию. Напряжение и частота задаются точным методом при запуске двигателя, что также исключает потери энергии. Другие преимущества, включают:
- Увеличенный срок службы двигателя переменного тока
- Экономичный контроль скорости
- Меньше обслуживания, чем двигатель с постоянным током
Трехфазные асинхронные двигатели широко используются во многих отраслях промышленности, поскольку они самозапускающиеся, мощные и эффективные.