Что касается входов и выходов

Сегодня большинство преобразователей частоты имеют в базовой комплектации аналоговые и цифровые входы/выходы, последовательный интерфейс и т.д. Такой набор функций позволяет интегрировать ПЧ в большинство автоматических систем, без ограничений в выборе способов управления преобразователем.

• Дискретное (цифровое) управление считается самым простым, данные входы используются для передачи основных команд: пуск или остановка электропривода, регулирование скорости, переключение между режимами работы ПЧ. Такие выходы сообщают о неисправностях, достижениях заданных пределов по частоте и току, дают команды на включение ведомых электроприводов и т.д. На один дискретный вход можно задать необходимую функцию, выбрав из более чем нескольких десятков.
• Аналоговое управление решает другие задачи. Например, обеспечивает плавное регулирование. Также данный способ управления позволяет проводить постоянный мониторинг и контролировать состояние необходимых параметров системы. Сигналы поступают на вход ПЧ с соответствующих датчиков.
• Управление по последовательному интерфейсу используется для построения сложной автоматизированной системы. Данный способ позволяет управлять сразу несколькими преобразователями частоты, причем они могут находиться далеко друг от друга. Такой способ значительно сокращает число проводов, одновременно увеличивая возможности передачи информации. Наиболее универсальным и, соответственно, популярным и надежным интерфейсом (протоколом) для подключения к ПЧ на сегодняшний день считается Modbus (RS485).

— На что еще стоит обратить внимание, выбирая преобразователь частоты?

Артем Мошечков: «Разумеется, на функциональность, эргономичность оборудования, наличие дополнительных возможностей, понятный интерфейс. Важный для многих вопрос — условия работы и монтажа ПЧ. Например, преобразователи частоты серии CONTROL-А310 и L620 IEK^® требуют достаточного свободного пространства для охлаждения, а ONI-А400 можно монтировать по принципу «стенка к стенке». Но все эти серии отличаются малыми габаритами и неприхотливостью в монтаже».

В некоторых линейках есть возможность использования стандартной витой пары UTP кат. 5e для выносного монтажа идущей в комплекте панели управления, что позволяет максимально упростить и до 10 раз удешевить монтаж панели управления по сравнению с преобразователями, использующими специальные коммутационные шлейфы.

Обращайте внимание на условия эксплуатации: например, если необходимо, чтобы преобразователь частоты безотказно работал при высокой влажности, стоит рассмотреть серию CONTROL-L620 IEK^® — данное оборудование без дополнительного охлаждения можно эксплуатировать при относительной влажности до 95 % и температуре от -10 до +40 °C. А специальное покрытие плат, в соответствии с промышленными стандартами, позволяет применять эти преобразователи в тяжелых условиях.

Обязательно поинтересуйтесь, какие силовые ключи используются при сборе ПЧ — одними из самых надежных являются IGBT производства компании Infineon. Они позволяют существенно повысить надёжность и отказоустойчивость оборудования.

Система управления частотным преобразователем должна быть интуитивно понятной, функциональной, вариативной. В передовых моделях, например, таких как серия ONI-M680, источником управляющего сигнала может быть кнопочная панель, промышленная сеть, цифровые входы и импульсный вход. Имеется возможность подключения исполнительных устройств, датчиков, программируемых логических контроллеров. Некоторые входы и выходы способны функционировать в различных режимах.

И, разумеется, важны сертификация, гарантия производителя. Если говорить о тех сериях, на основе которых мы разбирали принципы работы ПЧ, то у линейки CONTROL IEK^® расчетный срок службы составляет 7 лет, гарантия — два года. Все преобразователи, выпускающиеся под этой маркой, имеют сертификаты соответствия ГОСТ. Аналогичные показатели у частотных преобразователей семейства ONI^®.

Часть 3. Особенности применения ПЧ для различного оборудования

— Преобразователь частоты для насосного оборудования: что он дает?

Артем Мошечков: «В случае с насосным оборудованием чаще всего требуется защитить трубопровод от гидроударов во время запуска насоса, а сам электропривод — от преждевременного выхода из строя и работы в аварийном режиме. Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения».

Для решения этих задач требуется обеспечить плавный пуск насосов и плавное же изменение частоты вращения электродвигателя. Причем диапазон значений должен быть достаточно широк: во время пиковой нагрузки электропривод работает на номинальных оборотах, обеспечивая необходимый расход воды. При малом разборе поддерживается в рабочем состоянии, потребляя тот минимум электроэнергии, который необходим в данный момент. Также в сфере ЖКХ с помощью ПЧ возможно создание автоматизированной каскадной системы насосов, когда, в зависимости от разбора воды в жилых домах, работает один насос или, например, три. С помощью специальных функций преобразователь частоты позволяет экономить электроэнергию — это происходит за счет автоматической остановки работающего насоса при отсутствии расхода воды в системе.

С этой задачей справятся ПЧ следующих серий: CONTROL-A310 IEK^®, CONTROL-L620 IEK^®, ONI-А400, ONI-M680. Однако наиболее удачным выбором станет преобразователь частоты ONI-A650, разработанный специально для применения в системах вентиляции и насосных установках. Уже в базовой конфигурации он содержит специальную плату каскадного управления насосами, что позволяет объединить до 5 насосов в единый каскад.

Мнение: Преобразователь частоты ONI-К800 был применен в приводе насоса системы водоснабжения и в приводе конвейера. Зарекомендовал себя с положительной стороны. При настройке и в ходе эксплуатации легко монтировались силовые и контрольные кабели, преобразователь просто настраивался с лицевой панели. Обладает большим функционалом защит, большим количеством входов-выходов.
Начальник отдела ЭМП АО «Уралгипромез» Д.Н. Томашевский.

— Какие преобразователи частоты подойдут для грузоподъемных механизмов (крановое оборудование, лебёдки)?

Петр Ивлев: «Современный крановый механизм — очень сложная система. Поэтому преобразователь частоты для электропривода такого механизма должен соответствовать высоким требованиям: обладать высокой перегрузочной способностью (до 200 %), уметь управлять механическим тормозом электродвигателя, иметь возможность подключения тормозного резистора (встроенный тормозной модуль) и организации обратной связи для регуляции скорости вращения электродвигателя. Последняя необходима для обеспечения быстрого обмена информацией между звеньями системы, непрерывного мониторинга всех процессов и точного управления параметрами во время работы сложнейшего кранового механизма».

Преобразователи частоты для электродвигателей грузоподъемных механизмов позволяют организовать надежное управление электроприводом при подъеме и опускании груза, поворотах стрелки, обеспечивая вертикальное и горизонтальное перемещение без раскачивания, с различными скоростями, таким образом гарантируя максимальную производительность.

В зависимости от модели крана, это могут быть следующие виды частотных преобразователей:

• для обеспечения плавного перемещения крана можно порекомендовать серии CONTROL-L620 IEK^®, ONI-M680 и ONI-K800;
• для надежной работы лебёдки подъёма, в зависимости от задачи, подойдут М680 и К800.

— Как преобразователь частоты работает в случае с транспортерным и конвейерным оборудованием?

Артем Мошечков: «При запуске таких механизмов возникает пусковой ток, превышающий номинальный в 6-7 раз, а также — большая нагрузка на детали механизма и, как следствие, повышенный износ узлов или перегрев электродвигателя. Это самая частая причина отказов подобного оборудования. Далее, в процессе работы привод обычно вращается с одинаковой скоростью. Поэтому для механизмов непрерывного транспорта очень важны плавный разгон и торможение без рывков, пробуксовок, остановок, а также постоянная заданная скорость движения. Следовательно, преобразователь частоты для такого оборудования решает задачи по обеспечению постоянной скорости транспортера или конвейера, повышению уровня надежности (так как значительно снижает количество отказов как механического, так и электрического происхождения), устранению перегрузок во время запуска».

Использование преобразователей частоты с электродвигателями конвейеров и транспортеров позволяет не просто автоматизировать запуск, регулирование скорости и остановки ленты, но и создавать более сложные алгоритмы работы оборудования (зависит от выбранной модели ПЧ и подключенных датчиков).

Мнение: Преобразователь частоты CONTROL-L620 IEK^® номинальной мощностью 5.5 был установлен на подающем конвейере в установке № 2 для сушки травяной муки. Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп». Оборудование зарекомендовало себя с положительной стороны. Во время тестирования все функции работали в заявленном штатном режиме, замечаний во время эксплуатации выявлено не было.
Заместитель генерального директора по IT ПАО «Птицефабрика Боровская» С.М. Солкин.

— Есть ли смысл использовать преобразователи частоты для вентиляторного оборудования?

Петр Ивлев: «Есть. ПЧ для вентиляторного оборудования регулирует скорость вращения вала электропривода, позволяя экономить на электричестве. В случае установки дополнительного датчика, который передает оперативные данные о текущей потребности в воздухе на преобразователь, последний изменяет скорость вращения электродвигателя. Это позволяет экономить электроэнергию на 20-40 %. Кроме того, ПЧ надежно защищает электропривод вентилятора от бросков тока и перегрузок за счет плавного пуска и такой же плавной остановки вала».

Можно порекомендовать к установке на вентиляторное оборудование преобразователи частоты следующих серий: ONI-A650, CONTROL-A310 IEK^®, CONTROL-L620 IEK^®, ONI-A400.

— «Тяжелый» или «нормальный» режим работы преобразователя частоты — какой выбрать?

Артем Мошечков: «Современные ПЧ обеспечивают пуск и работу двигателей в нормальном или тяжелом режиме. Для их обозначения используются аббревиатуры ND — нормальный и HD — тяжелый».

В режиме ND величина вращающего момента постоянна, независимо от скорости вращения двигателя. В частности, таким образом работают насосы.

Тяжелый режим (НD) характеризуется нагрузкой с переменным вращающим моментом — как в случае с экструдерами, конвейерами или компрессорами. При этом существуют частотные преобразователи, которые поддерживают сразу два указанных режима, что позволяет экономить бюджет при проектировании различных систем. Например, преобразователи частоты IEK^® серий CONTROL-A310 и L-620 могут работать как в ND-режиме, так и в режиме HD. Также оба режима поддерживают ПЧ ONI-М680.

Как правильно выбрать преобразователь частоты в 2020 году

• Общие понятия.
• Введение в экономику электропривода.
• Основные сферы применения электропривода с ЧРП.
• Структура электропривода.
• Типы пуска.
• Устройства плавного пуска (УПП). 
• Преобразователь частоты (ПЧ).
• Скалярное и векторное управление.
• Механическая часть электропривода.
• Производители приводной техники.
• Компетенции НПК «Катарсис».
• Основные правила выбора частотного преобразователя. 
• Полезный инструмент.

 Общие понятия

 Электрический привод (электропривод) — это управляемая электромеханическая система, которая превращает электрическую энергию в механическую (и обратно).

 Важно: в этой статье мы рассматриваем электропривод с питанием до 1кВ.

Система электропривода представляет собой комплекс электрических машин, электрических аппаратов, преобразователей, усилителей и информационного устройства. Механические элементы электропривода  необходимы для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму (рабочему органу машины) и управления им.

Электроприводы достаточно сильно различаются по вариантам исполнения, техническим характеристикам, способу управления, вариантам пуска, скорости вращения и т.д.

Электропривод присутствует практически на каждом производственном предприятии, встречается он и в быту.

 Введение в экономику электропривода

 Мы знаем, что электрический двигатель (чаще всего асинхронный с короткозамкнутым ротором) является основным средством приведения в движение рабочих машин и механизмов. Большая часть механической энергии,  используемая промышленностью и в сельском хозяйстве, производится с помощью электромеханических устройств, питание которых осуществляется от источника электрической энергии.

 Так, мощность крупных прокатных станов, компрессоров и т.д. доходит до нескольких тысяч кВт. Мощность электроприводов в приборостроении и установках автоматики составляет несколько Вт, мощность бытовых приборов – 0,25 кВт ÷ 100 кВт.

 Как говорилось выше, основная масса таких механизмов оснащена асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, это достаточно простой и надежный мотор, но имеет помимо неоспоримых преимуществ  два серьёзных недостатка: отсутствие простого решения по управлению скоростью вращения и, как следствие, производительности рабочего органа машины.

 Современное производство требует диапазон скоростей: от десятых долей оборотов в минуту до 1000 оборотов и более в минуту, высокую энергоэффективность и КПД машин и механизмов.

 Использование автоматизированного регулирования электроприводов позволяет оптимизировать технологические процессы с целью сокращения их энергоемкости.

Забегая вперёд, скажу, что не всегда нужно следовать общей тенденции внедрения частотно регулируемого привода (ЧРП), но там, где это в действительности необходимо, можно получить весомую экономию потребления электрической энергии вкупе с качественным управлением рабочего органа машины и продлением срока службы компонентов системы электропривода. Экономический эффект может достигать более 50% от первоначальных затрат без применения ЧРП.

Основные сферы использования электропривода с ЧРП

• Гидравлика (насосы для перекачки, нагнетания, подачи различных жидкостей).
• Мощность, потребляемая насосами, пропорциональна кубу скорости вращения.

Использование  преобразователя частоты позволяет экономить до 30% электроэнергии (в некоторых случаях и более), если сравнивать с регулированием  мощности, используя заслонки на трубе. Несложно подсчитать, что при такой экономии установка преобразователя частоты окупится приблизительно за 1 год.

При применении решения с ПЧ минимизируется один из главных рисков — вероятность гидравлического удара, так как запуск  и остановка насосного оборудования  будут плавными. Ведущие мировые производители постоянно совершенствуют  свое оборудование, в настоящий момент  в частотных преобразователях используется система управления, которая позволяет управлять сразу группой насосов, без использования внешнего контроллера, а значит систему насосной станции можно строить вокруг ПЧ.

• Вентиляция (вентиляция, дымоудаление, компрессоры).  

Вышеуказанные факты про насосы аналогичны и для вентиляторов, но возможностей для экономии электроэнергии здесь больше. Прямой пуск либо пуск по схеме “звезда/треугольник” для тяжелых вентиляторов обычно требует применения двигателей с повышенной мощностью.  Если проектируется новая установка, можно сэкономить, в том числе на применении ПЧ и электромашины меньшей мощности, если же модернизировать существующую установку, то с применением ПЧ можно снизить потери холостого хода. 

•  Перемещение (транспортеры, прокатные станы, краны, лифты).

В данном случае управление скоростью, как правило, завязано на технологический процесс, скорость перемещения не является постоянной. Используя плавный пуск и регулирование скорости, мы существенно можем увеличить ресурс механизмов, практически сводя к нулю ударные нагрузки, кроме этого обеспечиваем точность перемещения объектов по технологическому процессу.

Структура электропривода

       1. Преобразовательное устройство – это прибор, исполненный на полупроводниках (тиристоры, силовые транзисторы, диоды и т.д.). Преобразователь необходим для управляемого и целенаправленного изменения параметров электропривода (скорость, момент, ускорение и т.п.). В нерегулируемом электроприводе  преобразователя нет, за исключением случая, когда электромашина запитывается постоянным током от сети переменного.К электрическим преобразовательным устройствам относятся управляемые выпрямители, преобразователи частоты, машины.

       2. К электромоторам (электромашинам) относятся различные типы электродвигателей. Чаще всего встречаются асинхронные, но видов намного больше:

• Двигатели постоянного тока (последовательное, смешанное, независимое возбуждение).
• Синхронные двигатели.  
• Асинхронные двигатели.  
• Линейные двигатели.
• Шаговые двигатели.
• Коллекторные двигатели  и многие другие.

       3. Передающее устройство – это механическая часть электропривода.Вариантов решений для передачи энергии достаточно много: это могут быть ременные, цепные передачи, муфты, редукторы и т.д.Также есть и безредукторные варианты решения для электропривода, они применяются для машин, работающих в динамическом режиме и высокоточных механизмов, но за это приходится расплачиваться увеличенными габаритами и массой приводного электродвигателя, так как данные параметры для одной и той же мощности будут обратно пропорциональны номинальной скорости электродвигателя.

      4. Управляющее устройство (система управления)  – это часть  электропривода, представляющая собой совокупность жизненно важных для электропривода элементов: управление информационными устройствами, аппаратов защиты, устройств сопряжения. Вариативность решений достаточно велика. Отметим также, что система управления может быть как локальной, так и внешней, она обеспечивает статические и динамические свойства электропривода.

      5. Информационное устройство собирает, обрабатывает и передает информацию о параметрах работы объекта управления. В нем есть различные типы датчиков: скорость, температура,  давление, микроконтроллеры и т.д. Одной из главных функций информационно-управляющей структуры является реализация технологического процесса с минимальными затратами электрической энергии.

 

ТИП ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Способ пуска	Преимущества	Недостатки
1. Прямой пуск	Простой и экономичный. Безопасный пуск. Самый большой пусковой момент.	Высокий пусковой ток.
2. Пуск «звезда/треугольник»	Уменьшение пускового тока в три раза.	Скачки тока при переключении «звезда – треугольник».  Не подходит, если нагрузка имеет небольшую массу (безынерционная).  Пониженный пусковой момент.
3. Автотрансформатор.	Уменьшение пускового тока на u2, где u – понижение напряжения, например, 60% = 0,60.	Скачки тока при переходе от пониженного к полному напряжению.  Пониженный пусковой момент.
4. Плавный пуск.	Плавный пуск. Импульсы тока отсутствуют.  Меньший гидравлический удар при пуске насоса.  Уменьшение пускового тока на требуемую величину, обычно в 2-3 раза.	Пониженный пусковой момент.
5. Частотный преобразователь.	Импульсы тока отсутствуют.  Меньший гидравлический удар при пуске насоса.  Уменьшение пускового тока, обычно до уровня тока полной нагрузки. Можно использовать для непрерывной подачи питания к электродвигателю.	Пониженный пусковой момент.  Большие инвестиции

Устройства плавного Пуска (УПП)

УПП, софтстартер —  это наиболее часто встречающееся название достаточно недорогого решения для электропривода, где нет необходимости управлять частотой вращения двигателя в технологическом процессе.

Применение данных устройств приносит существенную выгоду, облегчая управление технологическими процессами, а также увеличивая срок службы технологического оборудования.

При применении УПП пуск осуществляется плавным ускорением, без рывков. Например, при использовании в гидравлике УПП избавляет от гидроудара.

Современные устройства плавного пуска позволяют управлять запуском нескольких электродвигателей (до 5).

УПП разделяются на три типа: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.

• Первый тип применяется для однофазного двигателя и обеспечивает надежную защиту от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.
• Второй тип в схеме, как правило, помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.
• Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам. 

 

Преобразователь частоты (ПЧ)

В случае, когда технологический процесс требует не только плавного пуска/остановки, но и управления скоростью вращения, необходимо применять преобразователь частоты.

Преобразователь частоты с широтно–импульсным управлением (ПЧ с ШИМ) снижает пусковые токи в 4-5 раз. Он обеспечивает плавный пуск асинхронного двигателя и осуществляет управление приводом по заданной формуле соотношения напряжение/частота.

ПЧ дает экономию по потреблению энергии до 50%. Появляется возможность включения обратных связей между смежными приводами, т.е. самонастройки оборудования под поставленную задачу и изменение условий работы всей системы.

Частотные преобразователи устанавливают как на однофазные конденсаторные двигатели мощностью менее 1 кВт, так и на синхронные электромашины мощностью в десятки МВт.

ПЧ позволяет снизить пусковые токи и регулировать потребляемую мощность двигателя в зависимости от фактической нагрузки. Во многих ПЧ реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики, они могут встраиваться в многоуровневые системы автоматизации.

ПЧ комплектуют защитой от перегрузок, коротких замыканий, пропадания фаз. Преобразователи также обеспечивают перезапуск при возобновлении подачи электроэнергии. В преобразователе частоты возможна бесступенчатая точная регулировка частоты вращения без потерь мощности, что невозможно при использовании редукторов и УПП.

 

Скалярное и векторное управление

По принципу управления различают 2 основных вида преобразователей частоты:

• ПЧ со скалярным управлением.

Преобразователи этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью и простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также механизмов, для которых важно поддерживать скорость вращения или какой-либо технологический параметр. Метод довольно прост, но имеет небольшой диапазон регулирования скорости и требует установки дополнительных датчиков для реализации управления по скорости и моменту.

•  ПЧ с векторным управлением.

Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ПЧ такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать нужный момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования.

Применение векторных преобразователей частоты позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

 Управление  разделено на две большие подгруппы: управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей) и управление по вектору напряжения.

Касательно второго метода: как известно, напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой. Все остальные методы, по большому счету, являются их дополнением, каждый производитель совершенствует по своему усмотрению расчеты и измерения таких показателей, как индуктивность, намагниченность, вектор электромагнитного поля и т.д.

Механическая часть электропривода

Электропривод  является компонентной системой и включает в себя различные части и опции, одна из них — это механическая часть, которая служит для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. Это система движущихся масс, на которую воздействуют различные моменты и силы, созданные в электромеханическом преобразователе (двигателе) и обусловленные технологическим процессом.

Первый элемент механической системы- это  ротор электромашины (двигателя), потому что он первое передаточное звено крутящего м омента на рабочий орган машины. Следующий элемент системы — механический преобразователь, в зависимости от типа и задач выполняет механическую работу по увеличению/уменьшению скорости и изменяет вид движения, например, вращение в поступательное движение. Как уже говорилось выше, механическая часть (механические преобразователи) — это различные редукторы, винтовые, зубчатые, зубчато-реечные, ременные передачи, кривошипно-шатунные механизмы, барабаны с тросом и многое другое. Главная характеристика механического преобразователя — коэффициент передачи, который отражает  отношение скорости на входе к скорости на выходе. Также преобразователи характеризуются механической инерционностью и упругостью его элементов, зазорами и трением в зацеплениях и сочленениях преобразователя.

 

Производители приводной техники

 Как и в любой сфере, на рынке электропривода есть свои лидеры:

• Schneider Electric — линейки Altivar  и Altistart. 
• ABB — линейки АС* 3**,4**,5**,8**.
• Siemens — линейки Sinamics и Micromaster. 
• Danfoss -включая Vacon и VLT.

К менее известным, но не менее достойным производителям можно отнести:

• Lenze.
• Control Techniques.
• Toshiba.
• LSis.
• Mitsubishi.

Есть и российские производители:

• Веспер.
• Триол.
• ОВЕН.

Это далеко не полный список производителей преобразовательной техники.

Поскольку большинство компаний уже давно являются транснациональными, производство приводной техники раскидано по всему миру. Заводы АВВ, например, расположены в Финляндии, Китае, Польше, Индии. Заводы VLT (Danfoss) производятся в Московской области. 

 Ни для кого не секрет, что усиливают свои позиции и китайские производители: CHINT, Delta, ESQ.

Выбор есть всегда под любые цели, задачи и бюджет.

 

Компетенции НПК «Катарсис»

НПК «Катарсис» не первый год решает различные задачи заказчиков, в том числе и в области электропривода.

Мы предлагаем:

 

Основные правила выбора частотного преобразователя

Любой производитель, вкладывая ресурсы и инвестиции, хочет продавать как можно больше своих изделий. Исходя из возможностей видения рынка, сегмента, в котором он работает, выбирается продукт и опции к нему, за которые, по мнению, производителя заказчик/пользователь готовы заплатить. Дополнительный функционал, узкая специализация, ЗИП добавляются как опции при заказе оборудования. Например, у некоторых производителей документация на русском языке является опцией и стоит далеко не дешево — 200/400 евро.

В выборе техники и цены изделия всегда есть компромисс: чем больше функционал в базовой версии, тем дешевле он стоит, но тем дороже весь прибор. И наоборот, чем больше функционал является “навесным”, т.е. опциональным, тем дешевле базовая версия, но тем дороже расширение функционала, плюс опции так или иначе снижают надежность готового изделия, так как появляются различные разъемы, провода, усложняется система охлаждения и т.д.

Кроме того, количество одновременно подключаемых опций также ограничено. Поэтому стоит выбирать оборудование, имеющее в базовой версии максимум необходимых для технологического цикла функций, а одну-две опции можно заказать дополнительно.

 

При выборе УПП или ПЧ важно ответить минимум на 3 вопроса:

• Каким механизмом предстоит управлять?
• Токи — номинальное или пиковое значение?
• Необходимость ЭМС (электромагнитная совместимость).

 Что касается именно технической стороны вопроса, остальные вводные: цена, надежность, сервис и срок поставки — можно будет вводить после выбора нескольких вариантов по техническим характеристикам. 

 

Совет: 

Сначала откидываем те линейки оборудования, которые явно не соответствуют поставленной  задаче.

Пример:

Нет модели с необходимой мощностью, нет соответствующего IP, блоки открытого исполнения (встраиваемые). Для этого необходимо определить, какой способ управления нам необходим (отталкиваемся от типа механизма) скалярное, векторное или прямое. 

Большинство современных частотников реализуют тот или иной вариант векторного управления двигателем (раздельное управление векторными переменными двигателя – подробнее см. соответствующую литературу), но, если необходимо, эти частотники имеют возможность работать и в более простом — скалярном режиме (поддержание постоянного отношения выходного напряжения к выходной частоте).

Этот режим вполне достаточен для несложных приводов – насосов, вентиляторов, конвейеров, транспортеров и т.п. Преимущество векторного управления — это возможность управлять более мощными машинами при использовании тех же силовых элементов. Нужно отметить, что на рынке уже минимум моделей, не имеющих векторного управления, поэтому не стоит  сильно расстраиваться, что в частотнике есть векторное управление, его можно будет просто отключить.

 Диапазон мощностей.

Если требуемое количество преобразователей определено, желательно облегчить жизнь службе эксплуатации. Сделать это довольно просто, мощностной ряд должен покрывать все необходимые в технологической цепочке мощности, кроме этого вы получите полную унификацию, проще будет выбирать  опции и заказывать запасные части.

 Совет:

Если у Вас  пока нет понимания, какие мощности потребуются при переходе на регулируемый привод , то выбирайте модельный ряд с наибольшим диапазоном по мощности – соображения те же.

Входное напряжение.

Этот параметр определяет, при каком напряжении в сети преобразователь частоты сохраняет работоспособность.

Совет: 

Узнайте, какое напряжение может быть в питающей сети (именно какое может быть, а не какое должно быть), и постарайтесь, чтобы преобразователь его пережил. Причем если пониженное напряжение приведет просто к остановке (а у хороших моделей – только к пропорциональному снижению скорости), то увеличение напряжения выше допустимого может привести к выходу прибора из строя.

Диапазон регулирования частоты.

Верхний предел важен при использовании двигателей с высокими номинальными частотами 200 -1000 Гц. Обычно это механизмы с очень большими скоростями: шлифовальные машины, центрифуги и т.п. Убедитесь, что преобразователь может дать ту частоту, на которую рассчитан двигатель и механизм. Нижний предел определяет диапазон регулирования скорости.

Совет: 

Если большой диапазон (больше 1:10) вам не нужен, то и не обращайте на это внимания. А если нужен, то даже заявленный диапазон частот от 0 Гц не гарантирует устойчивую работу и этот вопрос нужно прояснять с производителем особо. Кстати, в этом случае, скорее всего, потребуется векторное управление.

Количество входов управления.

Дискретные входы нужны для ввода различных команд: пуск, стоп, выбор фиксированной скорости, реверс, аварийное торможение, изменение задания и т.п. Эти входы обычно программируются пользователем, аналоговые – для ввода сигналов задания и обратной связи (обычно 0-10В или 4-20мА).

Цифровые входы (не путать с дискретными) нужны для ввода высокочастотных сигналов от энкодеров (цифровых датчиков скорости и положения). Большое количество входов нужно тогда, когда планируется построение сложной системы управления с множеством управляющих сигналов. Сказать заранее хватит входов или не хватит сложно, поэтому, чем больше входов, тем лучше, но отвергать модель только из-за малого количества входов не стоит.

Количество выходных сигналов.

Дискретные выходы также используются для построения сложных систем (например, уже упоминавшихся  ранее насосных станций) и для вывода сигналов о различных событиях, а аналоговые – для питания показывающих приборов и опять же для построения систем управления. Рекомендации по выбору – те же, что и для входов.

Управление.

Речь в данном случае идет об оперативном управлении, то есть о том, как будет осуществляться управление приводом в рабочем режиме. Управление может осуществляться через входы (см. выше), со встроенного или выносного пульта, а также по шине последовательной связи (от контроллера или компьютера). Часто допустимо комбинированное или переключаемое управление. Выбирайте то, чем будете пользоваться.

Срок гарантии косвенно позволяет судить о надежности техники, особенно импортной, поскольку организация сервисной службы в России – дело хлопотное и дорогое. Правда, по опыту автора, в России подавляющее количество выходов преобразователей частоты из строя происходит либо из-за некачественного электроснабжения, либо из-за всеми “любимого” человеческого фактора.

К сожалению, высококлассных специалистов по приводной технике в России пока не так уж много. Естественно, что вышеуказанные случаи не являются гарантийными и последствия придется  исправлять за свой счет. Техника периодически подводит, а это значит, что более длительный срок гарантии тоже влияет на принятие решения покупки оборудования.

Если нет каких-то дополнительных специальных требований, влияющих на выбор линейки оборудования, то спокойно переходите на следующий этап выбора преобразователя, а именно выбираем конкретную модель.

Опустим выбор электродвигателя, так как это тема для отдельной статьи, представим, что электрический двигатель уже выбран, а, возможно, уже и установлен.

Сразу же исключаем самую распространенную ошибку — выбор по одному параметру “мощность”. Данная ошибка встречается у всех у проектировщиков. У поставщиков и у технических служб заказчика ошибка связана, к сожалению, с отсутствием необходимых знаний.  Конечно, проще взять и выбрать преобразователь по мощности равной или более мощности двигателя, особо думать не нужно, но выбор только по этому параметру может привести как просто к выходу из строя преобразователя частоты (ну или периодическим отказам), так и к невозможности реализовать необходимые алгоритмы работы для технологических процессов.

Совет: 

Выбирайте преобразователи частоты по токовым характеристикам, тем самым минимизируете риск ошибки и, возможно, сохраните энное количество денег и своих нервов. Первое на что необходимо обратить внимание — номинальный ток ПЧ должен быть равен или быть больше номинального тока электродвигателя. Данный параметр мы берем из паспорта электромотора или считываем с шильда! Если в работе не будет тяжелых режимов (и как следствие перегрузок), этого параметра достаточно для выбора. В качестве подсказки добавим, что минимальные перегрузки обычно бывают  с двигателями, приводящими в действия насосы и вентиляторы.

Если же вы планируете использовать привод в системах, работа которых подразумевает перегрузки, необходимо учитывать токи перегрузок, допустимых для двигателя и механизма.

Открывайте документацию на механизм, как правило, в ней указывается длительность и величина токов перегрузки, но бывает что, документация утеряна (ну или просто нет данных по перегрузкам, нонсенс, конечно, были случаи) тогда придется вызвать электролабораторию и измерить ток во всех режимах работы механизма (кроме пуска, здесь разговор особый и выходящий за рамки этой статьи, к счастью, на выбор преобразователя этот режим влияет очень редко).

Ну а если нет электролаборатории, нет бюджета на приглашения со стороны, а иногда и банально лень? Тогда напрягаем производителя оборудования либо открываем таблицы применений (у серьезных производителей они есть) и смотрим аналогичные механизмы и интересующие нас величины при перегрузках.

Обращаю внимание, что в подобных таблицах указывается максимальный ток, выдаваемый ПЧ в течение 1-2 минут, и при выборе нужно учитывать, что допустимое время протекания перегрузки и величина тока должны превышать ток перегрузок механизма.

 Ну и третий, и немаловажный параметр для выбора ПЧ — пиковые токи при ударных нагрузках. Пиковые нагрузки кратковременны (как правило, 2-3 секунды). Преобразователь должен допускать их, если пиковые токи допустимы для электродвигателя и механизма.

К сожалению, не все производители приводов могут реализовать возможность коротких бросков тока выше максимального значения (кстати, это нужно уточнять, иногда просто не указывают данный параметр).

 

Пример:

Представьте себе, что экскаватор при работе натыкается на камень. Если не учтен бросок тока, то привод просто остановится, хотя проблемы бы не было, выдай преобразователь очень большой ток буквально на пару секунд, но нет, не учли, значит, не может.

Достаточно неприятная ситуация, которую можно исключить, выбрав преобразователь, где максимальный ток выше пиковых токов нагрузки.

Выбирая ПЧ по токовым характеристикам, необходимо соответствие всем трем требованиям: номинал, перегрузка, пиковые. При таком подходе на мощностные характеристики не обращаем внимания, ими можно пренебречь.

 Полезный  инструмент

 https://energysave.abb-drives.com/fan  — расчет экономии от внедрения частотного преобразователя.  

 

Руководство по выбору преобразователя частоты

Вкратце описаны некоторые из основных критериев успешной установки преобразователя частоты

Питание преобразователя частоты Напряжение
Всегда проверяйте наличие правильного напряжения. Во многих случаях пользователь интерпретирует преобразователь частоты так, что вы можете питать устройство однофазным напряжением 220 В переменного тока и управлять трехфазным двигателем, рассчитанным на 380 В переменного тока. Большинство стандартных асинхронных двигателей могут работать с трехфазным напряжением 380 В переменного тока со всеми шестью выводами имеющихся обмоток, подключенными по схеме «звезда».Тот же двигатель может работать с трехфазным напряжением 220 В переменного тока, если выводы обмоток соединены по схеме треугольника. Однако проконсультируйтесь с производителем двигателя, если это не указано на паспортной табличке двигателя.


Мощность преобразователя частоты
Подбирать преобразователь частоты в соответствии с мощностью двигателя в «л.с.» не совсем правильно. Преобразователь частоты лучше выбирать исходя из номинального тока двигателя. Если преобразователь частоты и двигатель имеют одинаковую мощность (л.с.), увеличение числа полюсов двигателя снижает КПД и коэффициент мощности двигателя, увеличивая номинальное значение тока.

Требования к крутящему моменту двигателя
Если мы посмотрим на следующие расчеты, мы поймем, почему происходит потеря крутящего момента при работе двигателя со скоростью выше базовой. Это также объяснит некоторые из основных требований, почему крутящий момент является важным фактором при выборе преобразователя частоты.

Скорость двигателя:





Где:


n = Скорость двигателя (об / мин)
60 =
секунд f = Частота сети (Гц)
P = пары полюсов двигателя (четырехполюсный двигатель будет иметь 2 пары)


Крутящий момент двигателя:





Где:


W =
Вт π = Pi (Математическая константа = 3.142)
M = крутящий момент (Нм)


Пример:
Инженер-механик проектирует машину, которая требует 405 Нм и диапазон скоростей от 100 до 175 об / мин. Установив на машину коробку передач с передаточным числом 10/1, он снижает требуемый входной крутящий момент до 40,5 Нм, минимальная и максимальная входная скорость увеличивается до 700 и 1750 об / мин соответственно. Четырехполюсный двигатель мощностью 7,5 кВт (1500 об / мин при 50 Гц) выдает 47,8 Нм. Нам нужно рассчитать, будет ли он производить достаточный крутящий момент на максимальной скорости.

Уменьшить скорость до 1000 об / мин не проблема, пока он поддерживает скорость двигателя выше 50% от базовой скорости для обеспечения достаточного охлаждения.

Преобразователь частоты будет создавать крутящий момент двигателя при полной нагрузке до базовой частоты, изменяя напряжение для создания необходимого крутящего момента. Когда двигатель достигает своей базовой скорости и напряжения питания, преобразователь частоты может изменять только частоту, подаваемую на двигатель, для увеличения скорости, поскольку преобразователь частоты не может подавать напряжение более высокое, чем напряжение питания.

Чтобы рассчитать крутящий момент, создаваемый двигателем 7,5 кВт при 1750 об / мин, мы должны использовать приведенную выше формулу.


M = (Ш x 60) / (2 x π x n)
M = (7500 x 60) / (2 x 3,142 x 1750)
M = 40,9 Нм


Следовательно, двигатель мощностью 7,5 кВт с установленным преобразователем частоты может создавать необходимый крутящий момент при правильной скорости. Из этого мы видим, что всегда необходимо проверять, находится ли диапазон скорости / крутящего момента в пределах возможностей инвертора и двигателя.

Преобразователь частоты торможение впрыском постоянного тока


В большинстве подъемных устройств двигатель должен оставаться на нулевой скорости и в течение короткого периода времени, позволяя механическому тормозу открываться или закрываться.Чтобы удерживать двигатель в этом положении, преобразователь частоты подает на двигатель постоянный ток, который заставляет его создавать крутящий момент в состоянии покоя (нулевая скорость). Этот тип торможения иногда неправильно понимают как торможение шиной постоянного тока, что объясняется в следующем разделе. При выборе преобразователя частоты и приложений, требующих этой функции, убедитесь, что это именно та функция.

Преобразователь частоты Торможение по шине постоянного тока / резистивное торможение
Торможение шиной постоянного тока предназначено для управления замедлением асинхронных двигателей без активации функции защиты от перенапряжения на преобразователях частоты.Когда приложениям требуется функция быстрого замедления или нагрузка очень нестабильна, ею можно управлять с помощью этой функции. В зависимости от приложения существуют различные методы решения проблемы. Это может быть сделано с помощью регенеративной системы, возвращающей энергию в сеть, или с помощью тормозного блока и тормозных резисторов, рассеивающих энергию через внешние резисторы.

Основными преимуществами регенеративной системы переменного тока являются:


• Сохранение энергии
• Дорого в установке
• Форма волны входного тока — синусоида.
• Входной ток имеет коэффициент мощности, близкий к единице.
• Выходное напряжение двигателя может быть выше доступного А.C. напряжение сети
• Рекуперативный блок будет синхронизироваться с любой частотой от 30 до 100 Гц при условии, что напряжение питания составляет от 380 В — 10% до 480 В + 10%.
• В условиях нестабильности сети переменного тока рекуперативная система преобразователя частоты может продолжать работать при напряжении питания переменного тока примерно 270 В без какого-либо влияния на напряжение шины постоянного тока и, следовательно, на работу преобразователей частоты двигателя.
• Рекуперативный преобразователь частоты и преобразователь частоты двигателя идентичны.
При использовании внутренней тормозной системы преобразователя частоты с резисторами или внешнего тормозного блока с резисторами мы тратим ненужную энергию.Однако это самое дешевое решение, и, к сожалению, его выбирает большинство клиентов.


Как выбрать преобразователь частоты

Преобразователь частоты может помочь вам изменить 60 Гц на 50 Гц, а также может повысить напряжение с 110 В до 220 В с помощью внутреннего повышающего трансформатора, и наоборот. Перед покупкой преобразователя частоты лучше понять, с какими нагрузками он будет связан. Существует пять распространенных форм нагрузки: 1, резистивная нагрузка; 2, индуктивная нагрузка; 3, емкостная нагрузка: 4, выпрямительная нагрузка; 5 — регенеративная нагрузка; 6, смешанные загрузки.Подбирать мощность преобразователя частоты следует в зависимости от грузоподъемности и типа.


Выбор мощности преобразователя частоты

Преобразователи частоты серии

GoHz HZ-50 и HZ-60 не имеют особых требований к типам нагрузки, они могут использоваться для резистивных, индуктивных, емкостных, выпрямительных и смешанных нагрузок. Технические параметры проверены на основе стандартных условий номинальной резистивной нагрузки, преобразователь частоты может работать в течение длительного времени в этих условиях.Но, учитывая колебания напряжения в электросети, пусковой ток и факторы кратковременной перегрузки, мы должны сохранить соответствующий запас в выборе мощности преобразователя частоты. Вот несколько рекомендаций от производителей:

Активная нагрузка : допустимая мощность = 1,1 × допустимая мощность нагрузки.

RC-нагрузка : мощность = 1,1 × полная мощность нагрузки.

Нагрузка двигателя : Пусковой ток двигателя составляет прибл.В случае жесткого пуска (прямого пуска) в 5-7 раз больше номинального тока, время пуска обычно в пределах 2 секунд. Перегрузочная способность преобразователя частоты обычно составляет 200% в течение нескольких миллисекунд, прежде чем он сработает защиту от перегрузки. Поэтому, учитывая пусковую мощность, рекомендуется выбирать мощность преобразователя частоты, в 6 раз превышающую мощность двигателя, если двигатель запускается с трудом, то есть номинальный ток преобразователя должен быть выше пускового тока нагрузки.В противном случае лучше установить на двигатель устройство плавного пуска или частотно-регулируемый привод.

Нагрузка выпрямителя : входная цепь включает выпрямительный диод (или тиристор) и конденсаторы фильтра, если входная цепь не имеет устройства плавного пуска, нагрузка может рассматриваться как короткое замыкание во время замыкания входного переключателя, которое будет генерировать сильный ударный ток для срабатывания максимальной токовой защиты преобразователя частоты. Если часто возникает большой пусковой ток, это также повлияет на цепь нагрузки.Следовательно, входная цепь нагрузки выпрямителя должна принимать меры плавного пуска для ограничения пускового тока.

Поскольку ток нагрузки выпрямителя является импульсным, пик-фактор тока составляет до 3–3,5 раз, поэтому он будет влиять на форму выходного напряжения в долгосрочной перспективе, влияние зависит от пик-фактора тока нагрузки. Обычно, когда текущий пик-фактор> 2:00, выберите допустимую мощность преобразователя частоты по следующей формуле: Допустимая мощность = пик-фактор тока нагрузки / 2 × полная мощность нагрузки .

Рекуперативная нагрузка : например, реверсивный двигатель, нагрузки двигателя с регулируемой скоростью, во время реверсирования двигателя будет высокая обратная ЭДС, что может легко повредить преобразователь частоты, пожалуйста, укажите это перед заказом преобразователя частоты для таких нагрузок.

Смешанная нагрузка : при выборе подходящего преобразователя частоты учитывайте долю мощности каждой нагрузки.

Напряжение и частота преобразователя частоты
Заводское значение входного напряжения по умолчанию составляет 220 В для одной фазы, 380 В для трех фаз, 50 Гц или 60 Гц.Если вам необходимо изменить входное напряжение преобразователя частоты или у вас есть особые требования, укажите это при заказе.

Купить преобразователь частоты на ГГц, 1 кВА, 5 кВА …

Зачем двигателю переменного тока преобразователь частоты?

Что такое преобразователь частоты?


Проще говоря, преобразователь частоты — это устройство преобразования энергии. Преобразователь частоты преобразует базовую синусоидальную мощность с фиксированной частотой и фиксированным напряжением (сетевое питание) в выходной сигнал переменной частоты и переменного напряжения, используемый для управления скоростью асинхронных двигателей.

Зачем нужен преобразователь частоты?


Основная функция преобразователя частоты в водной среде — экономия энергии. За счет управления скоростью насоса вместо регулирования потока с помощью дроссельных клапанов можно значительно сэкономить энергию. Например, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии на 50%. Ниже описывается снижение скорости и соответствующая экономия энергии. Помимо экономии энергии, значительно увеличивается срок службы крыльчатки, подшипников и уплотнений.

Преобразователи частоты


Доступные во многих различных типах преобразователи частоты предлагают оптимальный метод согласования производительности насоса и вентилятора с требованиями системы. Чаще всего используется преобразователь частоты. Он преобразует стандартную мощность предприятия (220 В или 380 В, 50 Гц) в регулируемое напряжение и частоту для питания двигателя переменного тока. Частота, применяемая к двигателю переменного тока, определяет скорость двигателя. Двигатели переменного тока обычно представляют собой такие же стандартные двигатели, которые могут быть подключены к сети переменного тока. За счет включения байпасных пускателей работа может поддерживаться даже в случае выхода инвертора из строя.Преобразователи частоты

также обладают дополнительным преимуществом — увеличенным сроком службы подшипников и уплотнений насоса. Поддерживая в насосе только давление, необходимое для удовлетворения требований системы, насос не подвергается воздействию более высокого давления, чем необходимо. Следовательно, компоненты служат дольше.
Те же преимущества, но в меньшей степени, применимы и к вентиляторам, работающим от преобразователей частоты.

Для достижения оптимальной эффективности и надежности многие специалисты по спецификациям получают от производителей подробную информацию об эффективности преобразователя частоты, требуемом техническом обслуживании, диагностических возможностях преобразователя частоты и общих рабочих характеристиках.Затем они проводят подробный анализ, чтобы определить, какая система даст наилучшую окупаемость инвестиций.

Дополнительные преимущества преобразователей частоты


Помимо экономии энергии и лучшего управления технологическим процессом преобразователи частоты могут обеспечить и другие преимущества:

• Преобразователь частоты может использоваться для управления технологической температурой, давлением или расходом без использования отдельного контроллера. Соответствующие датчики и электроника используются для сопряжения управляемого оборудования с преобразователем частоты.
• Затраты на техническое обслуживание могут быть снижены, поскольку более низкие рабочие скорости приводят к увеличению срока службы подшипников и двигателей.
• Устранение дроссельных клапанов и заслонок также устраняет необходимость обслуживания этих устройств и всех связанных с ними элементов управления.
• Устройство плавного пуска для двигателя больше не требуется.
• Контролируемая скорость нарастания в жидкостной системе может устранить проблемы гидравлического удара.
• Способность преобразователя частоты ограничивать крутящий момент до уровня, выбранного пользователем, может защитить приводимое оборудование, которое не может выдерживать чрезмерный крутящий момент.

Анализировать систему в целом
Поскольку процесс преобразования входящей мощности с одной частоты на другую приведет к некоторым потерям, экономия энергии всегда должна происходить за счет оптимизации производительности всей системы. Первым шагом в определении потенциала энергосбережения системы является тщательный анализ работы всей системы. Для обеспечения экономии энергии требуется детальное знание работы оборудования и требований к технологическим процессам. Кроме того, следует учитывать тип преобразователя частоты, предлагаемые функции и общую пригодность для применения.

Внутренняя конфигурация преобразователя частоты
Преобразователь частоты состоит из трех основных частей:


• Схема выпрямителя — состоит из диодов, тиристоров или биполярных транзисторов с изолированным затвором. Эти устройства преобразуют мощность сети переменного тока в постоянный ток.
• Шина постоянного тока — состоит из конденсаторов, которые фильтруют и накапливают заряд постоянного тока.
• Инвертор — состоит из высоковольтных мощных транзисторов, которые преобразуют мощность постоянного тока в выход переменного тока с переменной частотой и напряжением, подаваемый на нагрузку.

Преобразователи частоты также содержат мощный микропроцессор, который управляет схемой инвертора для создания почти чистого синусоидального напряжения переменной частоты, подаваемого на нагрузку. Микропроцессор также управляет конфигурациями ввода / вывода, настройками преобразователя частоты, состояниями неисправности и протоколами связи.


Как выбрать преобразователь частоты?

Эти рекомендации развеивают путаницу в отношении согласования преобразователей частоты (частотно-регулируемый привод) и двигателей с вентиляторами и насосами, которые обычно используются в коммерческих зданиях.Хотя мотивация к повышению энергоэффективности может быть финансовой (снижение затрат на энергию) или этической (сокращение выбросов парниковых газов, связанных с производством электроэнергии), считается само собой разумеющимся, что преобразователи частоты являются простым способом повышения энергоэффективности в электродвигателях. Помня об этих благородных намерениях, инженер определит частотный преобразователь для своего клиента. Часто для инженера на этом история не заканчивается.

Спросите инженера, для чего нужен преобразователь частоты (что такое преобразователь частоты?), И общий ответ будет «для экономии энергии».Хотя мотивация к повышению энергоэффективности может быть финансовой (снижение затрат на энергию) или этической (сокращение выбросов парниковых газов, связанных с производством электроэнергии), считается само собой разумеющимся, что преобразователи частоты являются простым способом повышения энергоэффективности в электродвигателях. Помня об этих благородных намерениях, инженер определит частотный преобразователь для своего клиента.

Часто на этом история инженера не заканчивается.

История иногда плохо заканчивается неисправным двигателем или зданием с проблемами качества электроэнергии, понятным сердитым клиентом и множеством указаний пальцем.Эти результаты часто являются результатом плохого понимания того, как преобразователи частоты и двигатели работают вместе с нагрузками, которые они обслуживают. Информация и заявления от производителей и поставщиков часто еще больше запутывают проблемы. Ниже приведены несколько основных руководящих концепций, которые помогут развеять эту путаницу, связанную с согласованием преобразователей частоты и двигателей с вентиляторами и насосами, которые обычно используются в коммерческих зданиях.

Анатомия асинхронного двигателя

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию вращения.Двигатели могут приводить в действие насосы, вентиляторы, компрессоры или любое другое количество нагрузок, которые могут быть найдены в типичном здании. Концепция кажется простой, но необходим обзор основ двигателя, чтобы понять, как работают преобразователи частоты, а также как они могут разрушить двигатель.

Наиболее распространенным двигателем, применяемым в коммерческих зданиях с несколькими лошадиными силами, является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока. Двигатель состоит из двух первичных узлов: неподвижного статора и вращающегося ротора.Переменный ток течет через обмотки статора, создавая вращающееся магнитное поле вокруг ротора. Частота этого вращающегося магнитного поля напрямую связана с частотой источника переменного напряжения. Это вращающееся магнитное поле взаимодействует с ротором, индуцируя ток в роторе и связанную с ним касательную силу, которая в конечном итоге заставляет ротор вращаться. В асинхронном двигателе скорость ротора всегда ниже, чем скорость вращающегося поля. Крутящий момент двигателя примерно пропорционален мощности двигателя и обратно пропорционален скорости вращения.Эта рабочая характеристика важна при рассмотрении вопроса о том, будет ли к двигателю подключена нагрузка с переменным крутящим моментом (центробежный вентилятор, насос или компрессор) или нагрузка с постоянным крутящим моментом (винт прямого вытеснения, спиральный или поршневой компрессор).

Самым распространенным типом асинхронных двигателей является двигатель с короткозамкнутым ротором (также называемый двигателем с короткозамкнутым ротором). Статор состоит из листов стали в форме пончика, называемых пластинами. В этих пластинах есть прорези, которые затем выравниваются и складываются вместе.Затем через эти прорези наматываются проводники, образуя катушки. Эти проводники катушки электрически изолированы от пластин. Характеристики этой системы изоляции важны позже в нашем обсуждении. Цилиндрический ротор входит в полость в середине статора. Как и статор, ротор сделан из многослойных стальных пластин. Эти листы прижимаются к центральному валу. Прутки из алюминия или меди вставляются через прорези на внешнем крае пластинки и соединяются на концах закорачивающими кольцами на обоих концах, образуя структуру, подобную клетке.Ротор поддерживается подшипниками на концах вала. Прямого электрического соединения между ротором и обмотками статора нет. Единственная точка контакта — подшипники, что будет важно в следующем разделе.

Асинхронные двигатели неэффективны на 100 процентов. Потери энергии двигателя вызваны несколькими факторами, включая потери мощности I2R, потери в магнитном сердечнике, потери на трение и потери паразитной нагрузки. Эти потери обычно приводят к выделению тепла, которое необходимо отводить, чтобы сохранить изоляцию обмотки двигателя.Для обычных полностью закрытых двигателей с вентиляторным охлаждением (TEFC) это теплоотвод осуществляется с помощью вентилятора, соединенного с валом ротора. Скорость двигателя напрямую влияет на объем охлаждающего воздуха, производимого этим вентилятором. Таким образом, скорость двигателя является важным фактором, когда требуется работа двигателя с регулируемой скоростью. Как показывает практика, повышение температуры обмотки на 10 ° C сокращает срок службы вдвое. И наоборот, снижение температуры обмотки на 10 ° C удвоит ожидаемый срок службы.

Стандартные классы изоляции для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором a


• B (80 C): общего назначения
• F (105 C): промышленное использование
• H (125 C): специальное использование, тяжелые условия
Эти рейтинги отражают только повышение внутренней температуры. Максимальный рекомендуемый температурный предел для любого двигателя также зависит от температуры окружающей среды и дополнительной температуры горячей точки в обмотках на 10 ° C.Следовательно, двигатель с изоляцией класса B, предназначенный для работы при температуре окружающей среды 40 ° C, будет иметь максимальную рекомендуемую рабочую температуру 130 ° C. Двигатели, использующие системы изоляции более высокого номинала, могут работать более горячо, чтобы воспользоваться улучшенной изоляцией, но также будут иметь большую мощность в меньшую упаковку.

Двигатели премиум-класса

Правительство установило стандарты эффективности для электродвигателей, начиная с Закона об энергетической политике 1992 года (EPAct-1992). Последующее законодательство, Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA-2007), требует, чтобы все трехфазные двигатели общего назначения мощностью от 1 до 200 л.с., рассчитанные на напряжение 600 В, производились после декабря.19, 2010, должны соответствовать стандартам двигателей NEMA Premium (как определено в таблице 12-12 NEMA MG1). Номинальный КПД этих двигателей при полной нагрузке колеблется от 77% до 96,2% в зависимости от ряда факторов. Это представляет собой улучшение эффективности от низкого до среднего уровня однозначного числа по сравнению с требованиями, установленными до EPAct 1992 г. (см. Таблицу 1). Хотя эти улучшения эффективности могут показаться незначительными, если двигатель работает 12 часов в день в течение 5 дней в неделю, эта экономия энергии в течение 3000 часов работы в течение года будет увеличиваться.

Таблица 1: КПД двигателя


Размер (л.с.)	Pre-EPAct1	EPAct2	NEMA Premium3
1.0	76,7	82,5	85,5
1.5	79,1	84,0	86,5
2.0	80,8	84,0	86,5
3.0	81,4	87,5	89.5
5.0	83,3	87,5	89,5
7,5	85,5	89,5	91,7
10.0	85,7	89.5	91,7
15.0	86,6	91,0	92,4
20,0	88,5	91,0	93,0
25,0	89.3	92,4	93,6
30,0	89,6	92,4	93,6
40,0	90,2	93,0	94,1
50.0	91,3	93,0	94,5
60,0	91,8	93,6	95,0
75,0	91,7	94,1	95.4
100,0	92,3	94,5	95,4
125,0	92,2	94,5	95,4
150,0	93.0	95,0	95,8
200,0	93,5	95,0	96,2


Эта диаграмма эффективности двигателя показывает данные для полностью закрытых двигателей с вентиляторным охлаждением (TEFC), работающих со скоростью 1800 об / мин.

1. Pre-Epact: версия 4 программного обеспечения MotorMaster + Министерства энергетики США.00.01 (26.09.2003) Двигатель по умолчанию «Средний стандартный КПД» 2. EPAct: Закон о политике в области энергетики от 1992 г. NEMA Premium: NEMA MG 1-2003 Таблица 12-12 Преобразователь частоты или двигатели премиум-класса?

Как описано выше, в двигателе NEMA Premium будет наблюдаться однозначное повышение эффективности по сравнению с двигателями, разработанными до EPAct, в условиях работы с полной нагрузкой. Однако в коммерческих зданиях требования к нагрузке для систем HVAC резко меняются в зависимости от количества людей и температуры наружного воздуха. Условия рабочего дня обычно составляют лишь часть общего времени работы любой системы.Потенциальная экономия энергии, связанная с перекачкой с регулируемой скоростью для гидравлических систем и систем HVAC с переменным расходом воздуха, значительно превышает экономию, связанную с двигателями NEMA Premium. Для центробежных нагрузок, таких как вентиляторы и насосы, это отношение диапазона может быть грубо упрощено следующим образом:

HP2 = HP1 (об / мин2 / об / мин1) 3



Таким образом, для нагрузки 100 л.с. при 1750 об / мин, работающей при половинной скорости / расходе, потребуется всего 12,5 л.с., в то время как величина крутящего момента будет варьироваться примерно как квадрат отношения скоростей при каждой нагрузке.Это нелинейное соотношение скорость / мощность для центробежных нагрузок можно использовать для экономии энергии, если скорость двигателя может быть изменена. Для нагрузок с принудительным смещением, таких как винтовые и спиральные компрессоры, для которых требуется постоянный крутящий момент во всем диапазоне рабочих скоростей, соответствующее соотношение мощности и диапазона скоростей не столь привлекательно, но все же представляет собой потенциал для повышения энергоэффективности.

В асинхронном двигателе скорость ротора может изменяться в зависимости от частоты напряжения, приложенного к статору, и использовать преимущества этих соотношений мощности и скорости при динамическом изменении диапазона.Учитывая эту информацию, должно быть ясно, почему термин «преобразователь частоты» взаимозаменяем с термином «привод с регулируемой скоростью» (VSD).

Основы преобразователя частоты

Для достижения высокой эффективности, отличной управляемости и энергосбережения в приложениях, связанных с промышленными асинхронными двигателями, необходимо использовать системы регулируемых преобразователей частоты. Система преобразователя частоты в настоящее время представляет собой двигатель переменного тока, питаемый от статического преобразователя частоты. Современный преобразователь частоты отлично подходит для двигателей переменного тока и прост в установке.Однако одна важная проблема связана с несинусоидальным выходным напряжением. Этот фактор вызвал массу нежелательных проблем. Повышенные потери в асинхронном двигателе, шум и вибрация, пагубное воздействие на систему индукционной изоляции и выход из строя подшипников являются примерами проблем систем, связанных с преобразователями частоты. Повышенные индукционные потери означают снижение выходной мощности индукции для предотвращения перегрева. Лабораторные измерения показывают, что повышение температуры может быть на 40% выше при использовании преобразователя частоты по сравнению с обычными источниками питания.Постоянные исследования и совершенствование преобразователей частоты помогли решить многие из этих проблем. К сожалению, кажется, что решение одной проблемы акцентировало внимание на другой. Снижение потерь в индукции и преобразователе частоты ведет к увеличению вредного воздействия на изоляцию. Производители индукционных устройств, конечно, знают об этом. На рынке начинают появляться новые индукционные конструкции (инверторно-резистивные двигатели). Лучшая изоляция обмотки статора и другие конструктивные улучшения гарантируют, что асинхронные двигатели будут лучше адаптированы для применений с преобразователями частоты.

Введение
Одной из наиболее серьезных проблем асинхронного двигателя была сложность его адаптации к регулировке скорости. Синхронная скорость двигателя переменного тока определяется следующим уравнением.


n _s = 120 * f / p


n _с = синхронная скорость
f = частота электросети
p = номер полюса

Единственный способ отрегулировать скорость для данного количества полюсов — это изменить частоту.

Основной принцип
Теоретически основная идея проста, процесс преобразования стабильной частоты линии электропередачи в переменную частоту в основном выполняется в два этапа:


1. Источник переменного тока выпрямляется в постоянное напряжение.
2. Постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение желаемой частоты.
Преобразователь частоты в основном состоит из трех блоков: выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора.


Различные типы преобразователей частоты
Инвертор источника напряжения PWM (VSI)
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) широко применяется в промышленности преобразователей частоты. Они доступны от нескольких сотен ватт до мегаватт.


ШИМ-преобразователь не обязательно должен точно соответствовать нагрузке, ему нужно только убедиться, что нагрузка не потребляет ток, превышающий номинальный ток ШИМ-преобразователя. Вполне возможно запустить индукцию 20 кВт с преобразователем PWM на 100 кВт. Это большое преимущество, которое упрощает работу приложения.

В настоящее время преобразователь частоты ШИМ использует биполярный транслятор с изолированным затвором (IGBT). Современные преобразователи частоты с ШИМ работают очень хорошо и не сильно отстают от конструкций, использующих синусоидальный источник питания — по крайней мере, не в диапазоне мощностей до 100 кВт или около того.

Инвертор источника тока (CSI)
Инвертор источника тока представляет собой грубую и довольно простую конструкцию по сравнению с ШИМ. Он использует простые тиристоры или тиристоры в цепях питания, что делает его намного дешевле. Кроме того, он очень надежен. Конструкция обеспечивает защиту от короткого замыкания из-за больших индукторов в звене постоянного тока. Он крупнее ШИМ.


Раньше инвертор источника тока был лучшим выбором для больших нагрузок. Недостатком инвертора источника тока является необходимость согласования с нагрузкой.Преобразователь частоты должен быть рассчитан на используемый асинхронный двигатель. Фактически, сама индукция является частью перевернутой цепи.

Инвертор источника тока подает на асинхронный двигатель ток прямоугольной формы. На низких скоростях индукция создает зубцовый момент. Этот тип преобразователя частоты будет создавать больше шума на источнике питания по сравнению с преобразователем PWM. Нужна фильтрация.

Сильные переходные процессы выходного напряжения являются дополнительным недостатком инвертора источника тока.В худших случаях переходные процессы могут почти в два раза превышать номинальное напряжение. Также существует риск преждевременного износа изоляции обмотки при использовании этого преобразователя частоты. Этот эффект наиболее серьезен, когда нагрузка не соответствует преобразователю частоты должным образом. Это может произойти при работе с частичной нагрузкой. Такой преобразователь частоты все больше теряет свою популярность.

Векторное управление потоком (FVC)
Управление вектором магнитного потока — это более сложный тип преобразователя частоты, который используется в приложениях, требующих экстремального управления.Например, на бумажных фабриках необходимо очень точно контролировать скорость и силу растяжения.

Преобразователь частоты FVC всегда имеет какой-то контур обратной связи. Такой тип преобразователя частоты обычно не представляет особого интереса для насосов. Это дорого, и его преимуществами нельзя воспользоваться.

Влияние на двигатель
Индукция лучше всего работает при питании от источника чистого синусоидального напряжения. Чаще всего это происходит при подключении к надежному источнику питания от электросети.

Когда индукция подключена к преобразователю частоты, на него будет подаваться несинусоидальное напряжение — больше похоже на напряжение срезанной прямоугольной формы. Если мы подаем 3-фазную индукцию с симметричным 3-фазным квадратичным напряжением, все гармоники, кратные трем, а также четные числа будут исключены из-за симметрии. Но остались цифры 5, 7 и 11, 13 и 17, 19 и 23, 25 и так далее. Для каждой пары гармоник меньшее число вращается в обратном направлении, а большее число — в прямом.

Скорость асинхронного двигателя определяется основным числом, или числом 1, из-за его сильного доминирования. Что теперь происходит с гармониками?

С точки зрения гармоник кажется, что индукция заблокировала ротор, что означает, что скольжение для гармоник составляет приблизительно 1. Это не дает никакой полезной работы. В результате в основном возникают потери в роторе и дополнительный нагрев. В частности, в нашем приложении это серьезный исход. Однако с помощью современных технологий можно устранить большую часть гармоник в индукционном токе, тем самым уменьшив дополнительные потери.

Преобразователь частоты до
Самые ранние преобразователи частоты часто использовали простое прямоугольное напряжение для питания асинхронного двигателя. Они вызвали проблемы с нагревом, и индукция работала с типичным шумом, вызванным пульсацией крутящего момента. Намного лучшая производительность была достигнута, если просто исключить пятый и седьмой. Это было сделано за счет дополнительного переключения сигнала напряжения.

Преобразователь частоты сегодня
В наши дни эта техника стала более сложной, и большинство недостатков остались в прошлом.Разработка мощных полупроводниковых приборов и микропроцессора позволила адаптировать схему переключения таким образом, чтобы исключить большинство вредных гармоник.

Для преобразователей частоты среднего диапазона мощности (до нескольких десятков кВт) доступны частоты переключения до 20 кГц. Индукционный ток с этим типом преобразователя частоты будет почти синусоидальным.

При высокой частоте коммутации индукционные потери остаются низкими, но потери в преобразователе частоты увеличиваются.Общие потери увеличиваются при чрезмерно высоких частотах переключения.

Некоторые основы теории двигателя
Производство крутящего момента в асинхронном двигателе может быть выражено как


T = V * τ * B [Нм]


V = Активный объем ротора [м ³ ]
τ = ток на метр окружности отверстия статора
B = Плотность потока в воздушном зазоре


B = пропорционально (E / ω) = E / (2 * π * f)


ω = угловая частота напряжения статора
E = индуцированное напряжение статора

Для достижения наилучших характеристик на различных скоростях становится необходимым поддерживать соответствующий уровень намагничивания для индукции для каждой скорости.

Диапазон различных характеристик крутящего момента показан на следующем рисунке. Для нагрузки с постоянным крутящим моментом соотношение V / F должно быть постоянным. Для нагрузки с квадратичным крутящим моментом постоянное отношение V / F приведет к чрезмерно высокой намагниченности при более низкой скорости. Это приведет к излишне высоким потерям в стали и потерям сопротивления (I ² R).


Лучше использовать квадратное отношение V / F. Таким образом, потери в стали и потери I ² R снижаются до уровня, более приемлемого для фактического момента нагрузки.

Если мы посмотрим на рисунок, мы обнаружим, что напряжение достигло своего максимума и не может быть увеличено выше базовой частоты 50 Гц. Диапазон выше базовой частоты называется диапазоном ослабления поля. Следствием этого является невозможность поддерживать необходимый крутящий момент без увеличения тока. Это приведет к проблемам с нагревом того же типа, что и при нормальном пониженном напряжении от синусоидальной электросети. Скорее всего, номинальный ток преобразователя частоты будет превышен.

Работа в диапазоне ослабления поля
Иногда возникает соблазн запустить насос на частотах выше частоты промышленной сети, чтобы достичь рабочей точки, которая в противном случае была бы невозможна. Это требует дополнительной осознанности. Мощность на валу насоса будет увеличиваться в кубе скорости. Превышение скорости на 10% потребует на 33% больше выходной мощности. Грубо говоря, можно ожидать, что повышение температуры увеличится примерно на 75%.


Тем не менее, есть предел тому, что мы можем выжать из индукции при превышении скорости.Максимальный крутящий момент индукции будет падать как функция 1 / F в диапазоне ослабления поля.

Очевидно, что индукция пропадет, если преобразователь частоты не сможет поддерживать ее с напряжением, которое соответствует необходимому крутящему моменту.

Снижение номинальных характеристик
Во многих случаях индукция работает на максимальной мощности от синусоидальной электросети, и любой дополнительный нагрев недопустим. Если такая индукция питается от какого-либо преобразователя частоты, то, скорее всего, она должна работать с меньшей выходной мощностью, чтобы избежать перегрева.

Нет ничего необычного в том, что преобразователь частоты для больших насосов мощностью более 300 кВт добавляет дополнительные индукционные потери в размере 25–30%. В верхнем диапазоне мощности только некоторые преобразователи частоты имеют высокую частоту переключения: от 500 до 1000 Гц обычно для преобразователей частоты предыдущего поколения.

Для компенсации дополнительных потерь необходимо уменьшить выходную мощность. Мы рекомендуем общее снижение номинальных характеристик на 10–15% для больших насосов.

Поскольку преобразователь частоты загрязняет питающую сеть гармониками, энергокомпания иногда предписывает входной фильтр.Этот фильтр снижает доступное напряжение обычно на 5–10%. Следовательно, индукция будет работать при 90–95% номинального напряжения. Следствие — дополнительный обогрев. Может потребоваться снижение номинальных характеристик.

Пример
Предположим, что выходная мощность фактического двигателя насоса составляет 300 кВт при 50 Гц, а повышение температуры составляет 80 ° C при использовании синусоидальной электросети. Дополнительные потери в 30% приведут к нагреву на 30%. Консервативное предположение состоит в том, что повышение температуры зависит от квадрата мощности на валу.

Чтобы температура не превышала 80 ° C, необходимо уменьшить мощность на валу до


P _{уменьшенный} = √ (1 / 1,3) * 300 = 263 кВт


Уменьшение может быть достигнуто либо за счет уменьшения диаметра рабочего колеса, либо за счет снижения скорости.

Преобразователь частоты Потери
Когда определяется общий КПД системы преобразователя частоты, необходимо учитывать внутренние потери преобразователей частоты. Эти потери преобразователя частоты непостоянны, и их нелегко определить.Они состоят из постоянной части и части, зависящей от нагрузки.

Постоянные потери:
Потери на охлаждение (вентилятор охлаждения) — потери в электронных схемах и так далее.

Потери в зависимости от нагрузки:
Коммутационные потери и свинцовые потери в силовых полупроводниках.

На следующем рисунке показан КПД преобразователя частоты как функция частоты при кубической нагрузке для блоков мощностью 45, 90 и 260 кВт. Кривые характерны для преобразователей частоты в диапазоне мощностей 50–300 кВт; с частотой коммутации около 3 кГц и с IGBT второго поколения.


Влияние на изоляцию двигателя
Выходные напряжения современных преобразователей частоты имеют очень короткое время нарастания напряжения.


dU / dT = 5000 В / мкс — обычное значение.


Такой крутой скачок напряжения вызовет чрезмерное напряжение в изоляционных материалах индукционной обмотки. При малом времени нарастания напряжение в обмотке статора распределяется неравномерно. При синусоидальном источнике питания напряжение между витками индукционной обмотки обычно равномерно распределяется.С другой стороны, с преобразователем частоты до 80% напряжения будет падать на первом и втором витках. Поскольку изоляция между проводами является слабым местом, это может быть опасным для индукции. Короткое время нарастания также вызывает отражение напряжения в индукционном кабеле. В худшем случае это явление удвоит напряжение на индукционных выводах. Индукция, подаваемая от преобразователя частоты на 690 вольт, может подвергаться воздействию напряжения до 1900 вольт между фазами.

Амплитуда напряжения зависит от длины индукционного кабеля и времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение происходит в кабеле длиной от 10 до 20 метров.

Для обеспечения работы и длительного срока службы двигателя абсолютно необходимо, чтобы обмотка была адаптирована для использования с преобразователем частоты. Индукторы для напряжений выше 500 вольт должны иметь усиленную изоляцию. Обмотка статора должна быть пропитана смолой, обеспечивающей изоляцию без пузырьков или полостей.Тлеющие разряды часто начинаются вокруг полостей. Это явление со временем приведет к разрушению изоляции.

Есть способы защитить двигатель. Помимо усиленной системы изоляции, может потребоваться установка фильтра между преобразователем частоты и индукцией. Такие фильтры можно приобрести у большинства известных поставщиков преобразователей частоты.

Фильтр обычно замедляет время нарастания напряжения с


dU / dT = 5000 В / мкс до 500-600 В / мкс


Выход из строя подшипника
Поломка вращающегося оборудования часто может быть связана с выходом из строя подшипников.Помимо чрезмерного нагрева, недостаточной смазки или усталости металла, электрический ток через подшипники может быть причиной многих загадочных поломок подшипников, особенно при больших индукциях. Это явление обычно вызвано несимметрией магнитной цепи, которая индуцирует небольшое напряжение в структуре статора, или током нулевой последовательности. Если потенциал между конструкцией статора и валом становится достаточно высоким, через подшипник будет происходить разряд.Небольшие электрические разряды между телами качения и дорожкой качения подшипника в конечном итоге могут повредить подшипник.

Использование преобразователей частоты увеличивает вероятность отказа подшипников такого типа. Технология переключения современного преобразователя частоты вызывает ток нулевой последовательности, который при определенных обстоятельствах проходит через подшипники.

Самый простой способ вылечить эту проблему — поставить преграду для тока. Обычный метод заключается в использовании подшипника с изолирующим покрытием на наружном кольце.

Выводы
Использование преобразователя частоты не означает беспроблемного использования. Множество вопросов, на которые необходимо обратить внимание при проектировании. Будет ли необходимо, например, ограничивать доступную мощность на валу для предотвращения чрезмерного нагрева? Во избежание этой проблемы может потребоваться работа с более низкой выходной мощностью.

Будет ли изоляция асинхронного двигателя сопротивляться воздействию инвертора? Нужна ли фильтрация? Современные эффективные инверторы оказывают пагубное влияние на изоляцию из-за высокой частоты коммутации и короткого времени нарастания напряжения.

Какую максимальную длину кабеля можно использовать без полного отражения напряжения? Амплитуда напряжения зависит как от длины кабеля, так и от времени нарастания. При очень коротком времени нарастания полное отражение будет происходить в кабелях длиной от 10 до 20 метров.

Можно ли использовать изолированные подшипники, чтобы ток нулевой последовательности не попал в подшипники?

Только когда мы решим все эти вопросы, мы сможем принимать правильные решения относительно использования преобразователя частоты.

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

Продукты

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

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

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

Тип приложения определяет, нужен ли преобразователь или кодировщик. Энкодеры двигателей переменного тока проще в реализации и более точны, поэтому они должны быть основным приоритетом для любого приложения. Резолвер следует выбирать только в том случае, если этого требует среда, в которой он будет использоваться.

Основные типы двигателей переменного тока

Электродвигатели переменного тока выпускаются трех различных типов: индукционные, синхронные и промышленные.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 тока

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

Где используются двигатели переменного тока?

В каких отраслях используются двигатели переменного тока?

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

Для чего используются двигатели переменного тока?

Двигатели переменного тока можно найти во многих бытовых приборах и приложениях, в том числе:
— Часы
— Электроинструменты
— Дисковые накопители
— Стиральные машины и другая бытовая техника
— Аудиоповоротные столы
— 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 (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, можно найти 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% от 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 защита от чрезмерного крутящего момента

Типы частотно-регулируемых приводов

Существует три распространенных частотно-регулируемых привода (VFD), которые обладают как преимуществами, так и недостатками в зависимости от приложения, для которого они используются.Три распространенных конструкции VFD включают: инвертор источника тока (CSI), инвертор источника напряжения (VSI) и широтно-импульсную модуляцию (PWM). Однако существует четвертый тип частотно-регулируемого привода, называемый векторным приводом потока, который становится все более популярным среди конечных пользователей благодаря своей функции управления с обратной связью. Каждый частотно-регулируемый привод состоит из преобразователя, 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.Чтобы поддерживать правильное соотношение напряжения и частоты (Вольт / Герц), напряжение должно регулироваться путем правильной последовательности SCR. В звене постоянного тока для этого типа частотно-регулируемого привода используется индуктор для регулирования пульсаций тока и для хранения энергии, используемой двигателем. Инвертор, который отвечает за преобразование постоянного напряжения обратно в синусоидальную форму сигнала переменного тока, состоит из SCRS, тиристоров отключения затвора (GTO) или симметричных тиристоров с коммутацией затвора (SGCT). Эти тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выхода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение на двигателе.Частотно-регулируемые приводы CSI регулируют ток, для работы требуется большой внутренний индуктор и нагрузка двигателя. Важным примечанием к конструкциям ЧРП CSI является требование входных и выходных фильтров, которые необходимы из-за высоких гармоник на входе мощности и низкого коэффициента мощности. Чтобы обойти эту проблему, многие производители используют либо входные трансформаторы, либо реакторы и фильтры гармоник в точке общего соединения (электрическая система пользователя, подключенная к приводу), чтобы уменьшить влияние гармоник на систему привода.Из обычных приводных систем с частотно-регулируемым приводом, частотно-регулируемые приводы CSI являются единственным типом приводов, которые имеют возможность рекуперации энергии. Возможность рекуперации энергии означает, что мощность, передаваемая от двигателя обратно к источнику питания, может быть поглощена.

Преимущества CSI

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

Недостатки CSI

• Зубцы двигателя, когда выходная 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 на шине постоянного тока
• Низкая начальная стоимость
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей

Недостатки ШИМ

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

Как выбрать двигатель переменного тока

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

Преимущества и недостатки

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

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

Поиск и устранение неисправностей двигателя переменного тока

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

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

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

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

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

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

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

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

Сколько стоят изделия с электродвигателями переменного тока?

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

Физические свойства двигателя переменного тока




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

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

Статор устанавливается внутри кожуха 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:



1 Двигатель

Глоссарий двигателей переменного тока

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

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 расщепленной 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, при котором двигатель может работать, при определенных напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя.

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

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

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

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

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

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

Срок службы двигателя переменного тока

Двигатели переменного тока

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

Требуемое обслуживание двигателя переменного тока

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

Прислушайтесь к чрезмерному шуму или вибрации и почувствуйте чрезмерное тепло.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. Соблюдайте осторожность при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к загрязнению и засорению потоком воздуха маслом. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.

Электропроводка двигателя переменного тока

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

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть. Соблюдайте особую осторожность при обращении, подключении, тестировании и регулировке во время установки, настройки, настройки и эксплуатации. Не делайте чрезмерных корректировок или изменений параметров 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 заземленный зажим на 360 градусов к стене корпуса.Оставьте на вспомогательной панели место для изгибов проводов.
• Сделайте все кабельные трассы как можно короче.
• Обеспечьте достаточный воздушный поток
• Сохраняйте окружающую среду как можно более чистой

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

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

Крепление двигателя переменного тока

Следующая информация предназначена в качестве общего руководства по установке и монтажу системы электродвигателя переменного тока. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе электродвигателя 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 системы следует учитывать рассеивание тепла.Размер корпуса не должен превышать максимально допустимую температуру окружающей среды. Рекомендуется устанавливать электродвигатель 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 дополнительной панелью, сконструируйте дополнительную панель из оцинкованной (не содержащей краски) стали. Кроме того, настоятельно рекомендуется защитить систему электродвигателя переменного тока от электрических помех. Шум от сигнальных проводов может вызвать механическую вибрацию и неисправности.

Экологические аспекты двигателя переменного тока

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

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

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

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

История двигателя переменного тока

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

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

Принадлежности для двигателей переменного тока

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

Тормоза двигателя переменного тока представляют собой систему 24 В постоянного тока. Эти тормоза идеально подходят для любых удерживающих устройств, которые вы можете использовать с электродвигателем переменного тока. Тормоза электродвигателя переменного тока имеют низковольтную конструкцию для приложений, которые подвержены разряду батареи, потере 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 с более крупными асинхронными двигателями 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 настолько проста, как модификация вала, тормоз, масляное уплотнение для степени защиты IP65, установочные размеры, цвета проводов или этикетка. В других случаях заказчик может потребовать, чтобы двигатель переменного тока соответствовал идеальным характеристикам, таким как скорость, крутящий момент и / или напряжение.Для получения более подробной информации обсудите требования к вашему приложению с инженером по автоматизации в Анахайме.

Двигатель переменного тока Anaheim Automation

Инженеры

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

Стандартная линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation представляет собой экономичное решение, поскольку они известны своей прочной конструкцией и отличными характеристиками. Значительный рост продаж компании явился результатом целенаправленного проектирования, дружелюбного обслуживания клиентов и профессиональной поддержки приложений, что часто превосходит ожидания клиентов в отношении выполнения их индивидуальных требований. Хотя значительная часть продаж двигателей переменного тока Anaheim Automation связана с особыми, индивидуальными требованиями или требованиями частной марки, компания гордится своей стандартной 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 подписать соглашение NCNR. Все продажи, включая индивидуальный двигатель переменного тока, осуществляются в соответствии со стандартными положениями и условиями Anaheim Automation и заменяют любые другие явно выраженные или подразумеваемые условия, включая, помимо прочего, любые подразумеваемые гарантии.

Anaheim Automation заказывает линейку продуктов AC Motor разнообразно: компании, эксплуатирующие или разрабатывающие автоматизированное оборудование или процессы, которые включают в себя пищевую, косметическую или медицинскую упаковку, требования к этикетированию 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

Вопрос: 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

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

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

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 необходимо немедленное реверсирование, реверсивный двигатель лучше подходит для данной области применения; например ACP-M-4RK25N-AU.

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

Зачем использовать преобразователь частоты вместе с электродвигателем? — Леонардо Энергия

Стефан Фассбиндер (DKI)

Электродвигатель и электрогенератор — это в основном одно и то же .

В принципе, любой электродвигатель также может вырабатывать электричество. Электроприводы намного опережают двигатели внутреннего сгорания, поскольку, к сожалению, автомобильный двигатель, который всасывает выхлопные газы во время торможения и спусков и преобразует их в топливо и свежий воздух, все еще находится в стадии разработки.Электродвигатель может это обеспечить, хотя в течение первого столетия его использования его использование в значительной степени затруднялось двумя основными недостатками:

• Электромотор не имеет педали акселератора.
• Розетка не имеет никакого «водопроводного крана».

Когда электродвигатель работает, он генерирует напряжение с полярностью, противоположной питающему напряжению .

Следовательно, ток слишком высок при первом включении, когда двигатель еще не работает.Для больших двигателей необходимо принять меры предосторожности, чтобы не повредить их и не сгореть предохранители. По мере увеличения скорости двигателя это индуцированное напряжение увеличивается. Фактически, при превышении скорости, при которой приложенное напряжение и напряжение сети равны, двигатель будет генерировать более высокое напряжение, чем напряжение в линии. Ток будет течь в обратном направлении, и двигатель изменит свою функцию на функцию генератора.

Это хорошо, так как предлагает отличные преимущества в области энергоэффективности , особенно для кранов, лифтов и т. Д.которые фактически становятся электростанциями при движении вниз. Что не так хорошо, так это то, что линия всегда имеет примерно одинаковое напряжение, но по отношению к другим нагрузкам, например огни, это должно быть так. Следовательно, положения должны быть предусмотрены снова, если скорость двигателя должна изменяться . Раньше это было обременительной задачей. Приходилось использовать трансформаторы с несколькими ответвлениями, например, в локомотивах, но это было громоздкое и дорогое решение, или ограничивать ток резисторами, например, в трамваях, что было неэффективным решением.

А с двигателями переменного тока, однофазными или трехфазными, все становится еще сложнее. Принцип электродвигателя всегда заключается в создании вращательного движения за счет притяжения и отталкивания магнитных сил. В строгих терминах физики электродвигатели даже не существуют, но все они должны быть названы магнитными двигателями с точки зрения пуриста: электрический магнит притягивает другой — также электрический или постоянный — магнит, пока он не подойдет как можно ближе как может быть.Затем полярность тока в (одном из) электрического магнита (-ов) инвертируется, и сила притяжения превращается в отталкивающую. Механическая конструкция двигателя устроена так, чтобы допускать такое движение только по кругу, поскольку требуется вращательное движение. Двигатели переменного тока могут быть построены проще, чем двигатели постоянного тока, потому что периодическая смена полярности происходит в любом случае и не должна генерироваться внутри машины.

Но становится очевидным, что изменение скорости вращения затруднительно для двигателей постоянного тока , поскольку оно в значительной степени зависит от питающего напряжения, которое приблизительно стабильно, и невозможно для двигателей переменного тока, скорость которых строго совпадает с частотой сеть, которая технически полностью стабильна.

Теперь любой тип электродвигателя должен быть спроектирован таким образом, чтобы при желаемой (номинальной) скорости генерируемое в двигателе напряжение было примерно таким же, как приложенное (номинальное) рабочее напряжение. В двигателях постоянного тока индуцированное напряжение должно быть несколько ниже, чем в линии. При нагрузке двигатель постоянного тока немного теряет скорость, что приводит к дальнейшему падению индуцированного напряжения и, следовательно, к большей разнице в линейном напряжении и более высокому входному току, соответствующему более высокой нагрузке. Таким образом, он адаптируется (более или менее) по своей природе к изменяющейся нагрузке.

Это преимущество перед двигателем внутреннего сгорания и одно из существенных отличий в рабочих характеристиках, которые будут обсуждаться здесь. Представьте, что вы выключаете двигатель автомобиля и кладете кирпич на педаль акселератора. Вы не должны этого делать. Электродвигатель, однако, не будет возражать, если он будет работать на полном напряжении без нагрузки — за исключением, возможно, одного конкретного типа — последовательно соединенной коллекторной машины. Большие блоки могут фактически быть разрушены центробежными силами, когда они питаются полным напряжением и без нагрузки.Небольшие блоки, например, используемые в кухонной технике и т. Д. грамм. для стеклоочистителя в автомобиле иметь достаточные потери на трение, чтобы предотвратить это. Но при приложенном фиксированном питающем напряжении определенная скорость всегда будет связана с фиксированной выходной и входной мощностью. Поскольку не существует простой и понятной вещи, такой как водопроводный кран на кухне и в ванной, который можно было бы подключить к розетке для управления потоком электричества, регулирование мощности и / или скорости электродвигателя было решено. сложная задача еще до изобретения силовой электроники.

В большей степени это относится к двигателям переменного тока. Скорость синхронной машины абсолютно стабильна, будь то машина, используемая в качестве двигателя или генератора. Что ж, он действительно немного теряет скорость в течение очень ограниченного времени, когда, например, он переключается с нейтрального режима на двигатель, как раз до тех пор, пока фазовый угол между электрической фазой и положением ротора больше не будет «синфазным». . После этого короткого периода перехода скорость двигателя и частота сети снова будут синхронизированы.Можно представить себе этот процесс так:

Когда машина работает без нагрузки, генерируемое ею переменное напряжение высокое, когда линейное напряжение высокое, и низкое, когда линейное напряжение низкое. Они находятся в фазе друг с другом, поэтому практически в любом случае ток не течет (грубо говоря, игнорируя аспекты реактивной мощности, специалисты подчеркнут здесь).

Поскольку электрическая мощность (а также ее мгновенные значения) рассчитывается как напряжение, умноженное на ток, изменение напряжения или тока на противоположное означает изменение знака и, следовательно, изменение направления потока энергии.Теперь, когда машина работает как двигатель, генерируемое ею переменное напряжение отстает от приложенного напряжения. Когда напряжение в сети уже достигает своего пика, оно все еще несколько ниже, поэтому ток будет течь из сети в машину; так что он действует как мотор. К тому времени, когда ток, наконец, поменяет полярность, линейное напряжение также поменяется местами, поэтому мы умножаем два раза на -1 и застреваем в работе двигателя.

Когда мы приводим вал машины в действие, чтобы она работала как генератор, генерируемое им переменное напряжение опережает приложенное напряжение.Оно уже снова падает, когда напряжение в сети достигает своего пика, поэтому ток будет течь из машины в сеть. К тому времени, как ток поменяет полярность… и так далее.

Теперь все становится трудным, когда мы переходим к обсуждению наиболее широко используемой электрической машины , асинхронного двигателя , поскольку процессы, приводящие ее в движение, трудно представить в иллюстративной форме. У него есть электромагниты с обеих сторон, в статоре и в роторе. Обмотки ротора закорочены и действуют как вторичные обмотки трансформатора.Магнитное поле, вращающееся в статоре, индуцирует ток в закороченных обмотках ротора, который затем создает собственное магнитное поле. Как и в синхронной машине, полюса полей статора, управляемые частотой сети, бегают по кругу и, так сказать, преследуют полюса поля ротора перед собой. Итак, ротор начинает вращаться. Асинхронный двигатель всегда будет вращаться немного медленнее, чем магнитные полюса статора. Эта небольшая разница, проскальзывание, необходима для поддержания тока в обмотках ротора и, таким образом, для сохранения магнитного поля ротора.Частота скольжения может составлять всего 1 Гц или даже меньше в большой машине, поэтому, если в 2-полюсном асинхронном двигателе с питанием от 50 Гц полюса статора вращаются со скоростью 3000 об / мин, ротор будет вращаться со скоростью 2940 об / мин. Когда вы его ускоряете, он действует как генератор. При 3060 об / мин, скажем, при том же скольжении с обратным знаком выходной ток будет таким же, как и входной ток при 2940 об / мин.

Вместе с двигателями постоянного тока, включая последовательно соединенные коллекторные двигатели, которые могут работать как от переменного, так и от постоянного тока, асинхронный трехфазный двигатель запускается самостоятельно при подаче сетевого напряжения.Более того: это будет происходить очень резко, с многократным превышением номинального крутящего момента и потребляемого тока, как описано выше. Это следующее отличие от двигателя внутреннего сгорания, для запуска которого требуется небольшой двигатель постоянного тока.

Синхронная машина как таковая не может запуститься одна. По этой и другим причинам он обычно используется только как генератор.

Кроме того, последовательная коммутаторная машина в принципе является машиной постоянного тока, но поскольку ее статор и ротор соединены последовательно, они оба меняют полярность при изменении тока, поэтому направление вращения остается прежним.Следовательно, он также может работать как двигатель переменного тока, но при использовании в качестве генератора он будет генерировать постоянный ток, полярность которого зависит от некоторого случайного остаточного магнетизма, если он не определен специальной дополнительной катушкой.

Теперь, хотя управлять мощностью и скоростью двигателя внутреннего сгорания несложно, просто ограничивая подачу топлива, что, с другой стороны, является ужасной необходимостью, в то время как электродвигатель более или менее регулирует себя, «водопроводный кран» для электричества было наконец изобретено в семидесятых: теперь доступны инверторы, которые преобразуют переменный ток в постоянный, а постоянный снова обратно в переменный с электронными компонентами (и очень низкими дополнительными потерями) .Выход переменного тока можно регулировать как по амплитуде, так и по частоте, чтобы адаптировать его к требованиям любого двигателя в любой желаемой точке работы. Скорость и крутящий момент теперь можно контролировать независимо друг от друга. Таким образом, инвертор преодолевает практически все недостатки электродвигателя по сравнению с любым двигателем внутреннего сгорания, в то время как преимущества остаются такими же выдающимися, как и есть, включая обратную связь по мощности (инверсия потока энергии), если используется 4-квадрантный инвертор (2 направления вращения, 2 направления вращения). направления потоков энергии).

В очень простых терминах такие инверторы создают соединение между постоянным напряжением в звене постоянного тока, когда мгновенное переменное напряжение в линии выше, чем напряжение постоянного тока в звене, что позволяет потреблять энергию и отключает оба от каждого из них. другое, когда напряжение «снаружи» ниже. Это принцип работы двигателя. Для возврата энергии в генераторном режиме инвертор, оправдывая свое название, делает обратное: подключается, когда напряжение в сети низкое, и отключается, когда оно высокое.Таким образом, энергия может идти в любом направлении, даже если линейное напряжение постоянно, а постоянное напряжение в промежуточной цепи также может поддерживаться на постоянном уровне, в зависимости от конструкции.

Другой конец, сторона двигателя силового электронного инвертора, несколько сложнее. Еще раз упрощая, принцип состоит в том, чтобы включать и выключать двигатель очень быстро, гораздо быстрее, чем это может сделать любой механический переключатель. Путем изменения отношения времени включения / выключения средний ток двигателя можно непрерывно изменять, даже если напряжение постоянного тока в промежуточной цепи поддерживается на постоянной амплитуде.Этот принцип намного сложнее и намного дороже, чем управление потоком воды в ванне с помощью водопроводного крана, но преимущества настолько очевидны, что этот принцип неуклонно распространяется во всем мире электрических приводов.

Инверторы также могут использоваться в сетях постоянного тока .

В то время как старые трамваи — а многие из них все еще существуют — вполне могли использовать свои двигатели для торможения, электроэнергия не могла подаваться обратно в линии, потому что напряжение, генерируемое двигателем, было, грубо говоря, немного ниже, чем напряжение на линии, поэтому инверсия потока мощности была невозможна.Электроэнергия, генерируемая при торможении, поглощалась резисторами и терялась в виде тепла. В настоящее время инверторы могут прерывать постоянный ток в переменный ток, переменный ток можно преобразовывать (чем меньше трансформатор, тем выше выбирается частота прерывания), выпрямлять обратно в постоянный ток и подавать обратно в воздушную линию.

Теперь двигатель внутреннего сгорания имеет определенную номинальную выходную мощность, и все. Если вы попытаетесь получить немного больше крутящего момента, чем указано на паспортной табличке, вы просто заглушите двигатель.

Какая разница в поведении электродвигателя! Он также имеет определенную максимальную мощность и максимальный крутящий момент, но что он делает, если вы хотите большего? Это дает вам больше!

Скорость двигателя постоянного тока или асинхронного двигателя немного падает, в то время как в синхронном двигателе угол между приложенным и наведенным напряжением становится немного больше. Оба приводят к более высокому потребляемому току, что способствует более высокому выходному крутящему моменту при примерно или точно такой же скорости, соответственно.Если вы хотите, двигатель предложит вам удвоенный номинальный крутящий момент. В зависимости от конструкции и размера двигателя он может быть более чем в 5 раз выше номинального. Единственная проблема заключается в том, что это позволяет это сделать только в течение ограниченного времени, потому что чрезмерный ток генерирует избыточное тепло в двигателе, и в конечном итоге двигатель перегорит. Специальные выключатели защиты двигателя, которые регулируются в соответствии с номинальным током, прерывают ток двигателя, если номинальный ток превышается слишком долго. Лучше всего контролировать фактическую температуру двигателя.Или использовать инвертор. Его электронное управление предлагает неограниченные возможности программирования.

Итак, начнем:

• Поскольку электродвигатель запускается самостоятельно, а многие типы даже предлагают самый высокий крутящий момент (тормозной момент) в режиме покоя, в электромобиле не требуется сцепление.
• Поскольку электродвигатель обеспечивает гораздо больший крутящий момент в течение ограниченного времени, чем при непрерывной работе, в электромобиле не требуется переключение передач, поскольку транспортным средствам всегда требуется максимальная сила тяги только в течение ограниченных периодов разгона и движения в гору.

Итак, электродвигатель — гораздо лучший и более экологичный вариант для эксплуатации автомобиля, чем двигатели внутреннего сгорания любого типа. Вместе с силовым электронным инвертором они близки к идеалу, в то время как привод внутреннего сгорания — это более или менее импровизированный способ передвижения транспортного средства, который только благодаря более чем 100-летнему опыту вместе с огромным и мощным рынком можно было оптимизировать с помощью: большое состояние, которое мы наблюдаем сегодня. Дальнейшего прогресса не видно.

Все, чего сейчас не хватает, так это годной батареи.Когда дело дойдет до всего наземного транспорта, сразу перейдут на электроприводы.

No related posts.