Частотные двигатели что это такое

Выбор частотного преобразователя по току, мощности и другим параметрам

На какие параметры обратить внимание

Сразу стоит отметить, что с помощью частотного преобразователя вы можете подключить асинхронный трёхфазный двигатель к однофазной сети без конденсаторов, соответственно и без потери мощности.

Чтобы понять, как правильно выбрать частотный преобразователь, давайте рассмотрим ряд основных параметров:

1. Мощность. Подбирают большую, чем полная мощность двигателя, который будет к нему подключен. Для двигателя на 2.5 кВт, если он работает с редкими незначительными перегрузками или в номинале, частотный преобразователь выбирают ближайший в сторону увеличения из модельного ряда, допустим на 3 кВт.
2. Количество питающих фаз и напряжение – однофазные и трёхфазные. К однофазным на вход подключается на 220В, а на выходе мы получаем 3 фазы с линейным напряжением 220В или на 380В (уточняйте какое выходное напряжение при покупке, это важно для правильного соединения обмоток двигателя). К мощным трёхфазным приборам подключается три фазы соответственно.
3. Тип управления – векторное и скалярное. Частотные преобразователи со скалярным управлением не обеспечивают точной регулировки в широких пределах, при слишком низких или слишком высоких частотах могут изменяться параметры двигателя (падает момент). Сам же момент поддерживается так называемой ВЧХ (функция U/f=const), где напряжение на выходе зависит от частоты. Для частотников с векторным управлением применяются цепи обратной связи, с их помощью поддерживается стабильность работы в широком диапазоне частот. А также, когда при постоянной частоте изменяется нагрузка на двигатель, такие преобразователи частоты более точно поддерживают момент на валу таким образом снижая реактивную мощность двигателя. На практике чаще встречаются частотные преобразователи со скалярным управлением, например, для насосов, вентиляторов, компрессоров и прочего. Однако при повышении частоты выше чем в сети (50 Гц) момент начинает снижаться, говоря простым языком – некуда повышать напряжение с увеличением оборотов. Модели с векторным управлением стоят дороже, их основная задача – поддержание высокого момента на валу, независимо от нагрузки, что может быть полезным для токарного или фрезерного станка, для поддержания стабильных оборотов шпинделя.
4. Диапазон регулирования. Этот параметр важен, когда вам нужно регулировать электропривод в широком диапазоне. Если вам, например, нужно подстраивать производительность насоса – регулировка будет происходить в пределах 10% от номинала.
5. Функциональным особенности. Например, для управления насосом будет хорошо, если в частотном преобразователе будет функция отслеживания режима «сухого хода».
6. Исполнение и влагозащищенность. Этот параметр определяет, где может быть установлен частотник. Чтобы сделать правильный выбор определитесь где вы его установите, если это будет сырое помещение – подвал, например, то лучше поместить прибор в щит с классом защиты IP55 или близкий к нему.
7. Способ торможения вала. Инерционное торможение происходит при простом отключении питания от двигателя. Для резкого разгона и торможения применяется рекуперативное или динамическое торможение, за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре, или быстрое понижение частоты с помощью преобразователя.
8. Способ отвода тепла. При работе полупроводниковые ключи выделяют достаточно большое количество тепла. В связи с этим их устанавливают на радиаторы для охлаждения. В мощных моделях используется активная система охлаждения (с помощью кулеров), что позволяет снизить габариты и вес радиаторов. Это нужно учесть еще до покупки, перед тем как вы решите выбрать ту или иную модель. Сперва определите где и как будет проведен монтаж. Если он будет установлен в шкафу, то следует учесть и то, что при малом объеме пространства вокруг прибора охлаждение будет затруднено.

Часто преобразователи частоты подбирают для глубинного насоса. Он нужен для регулирования производительности насоса и поддерживания постоянного давления, плавного пуска, контроля работы «на сухую» и экономии электроэнергии. Для этого есть специальные приборы, которые отличаются от частотников общего назначения.

Как рассчитать частотник под двигатель

Есть несколько способов расчета для выбора частотного преобразователя. Рассмотрим их.

Подбор по току:

Ток преобразователя частоты должен быть равен или большим чем ток для трёхфазного электродвигателя, потребляемый при полной нагрузке.

Допустим есть асинхронный двигатель с характеристиками:

• P = 7,5 кВт;
• U = 3х400 В;
• I = 14,73 А.

Значит длительный выходной ток частотного должен быть равен или больше чем 14.73А. Расчет показывает, что это равняется 9.6 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента. Таким требованиям с небольшим запасом соответствует модель: Danfoss VLT Micro Drive FC 51 11 кВт/3ф, которую будет вполне разумно выбрать.

Выбор по полной мощности:

Допустим есть двигатель АИР 80А2, на табличке которого указано (для треугольника):

• P= 1,5 кВт;
• U=220 В;
• I=6 А.

S=3*220*(6/1,73)=2283 Вт =2,3 кВт

Выбираем преобразователь частоты с хорошим запасом, при том что мы его будем подключать к однофазной сети и использовать для управления вращением шпинделя токарного станка. Ближайшая модель, которая для этого подойдет: CFM210 3,3 кВт.

Стоит отметить, что модельный ряд большинства производителей соответствует стандартному ряду мощностей асинхронных двигателей, что позволит сделать выбор частотника с соответствующей мощностью (не превышающей). Если вы используете заведомо более мощный двигатель и не нагружаете его полностью, можно измерить фактический ток потребления и подобрать преобразователь частоты исходя из этих данных. В общем при расчёте частотника для двигателя учитывайте:

1. Максимальный потребляемый ток.
2. Перегрузочную способность преобразователя.
3. Тип нагрузки.
4. Как часто и насколько долго могут возникать перегрузки.

Теперь вы знаете, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя и на что обратить внимание при выборе данного типа устройств. Надеемся, предоставленные советы помогли вам подобрать подходящую модель под собственные условия!

Частотный преобразователь в асинхронных двигателях, принцип работы

Чаще всего преобразователи частоты используются для асинхронного двигателя, но встречаются они и в бытовой технике. Несмотря на распространённость, они обладают не только преимуществами, но и недостатками, устранять которые приходится, используя дополнительные приборы. Все преобразователи выполняют важную функцию, и представить хоть одно производство без частотника для асинхронных двигателей невозможно.

• Сферы применения устройства
• Принцип работы частотника
• Применение в асинхронных двигателях
• Основные составляющие прибора

Сферы применения устройства

Преобразователь частоты – это специальное устройства, которое устанавливается на мощные электродвигатели. Их главное предназначение — изменение частоты поступающего тока. Как известно, ток, который поступает из розетки имеет частоту, она равна 50 Гц. Для того чтобы ускорить или наоборот замедлить двигатель, эту частоту можно изменять. Роль, которую играет частотник – изменение частоты тока.

Самый яркий пример — это стиральные машины, они имеются у каждого в доме, для ускорения частоты вращения барабана частотник электродвигателя увеличивает частоту тока, чтобы уменьшить количество оборотов, производится обратное действие. Также их используют для плавного запуска мощных двигателей: современные частотники, могут изменять колебание тока от 1-800 Герц.

Принцип работы частотника

В основе работы частотника лежит инвертор с двойным преобразованием. Преобразователь работает по следующей схеме:

• Вначале переменный синусоидальный ток (220-380 В), поступающий в инвертор выпрямляется. Для выпрямления используется диодный мост.
• После ток поступает на группу конденсаторов, где он фильтруется и сглаживается.
• Далее, мостовые ключи из биполярных транзисторов (IGBT, БТИЗ) и управляющие микросхемы принимают отфильтрованный ток и формируют из него трёх или однофазную широтно-импульсную модуляцию с требуемыми параметрами.
• На выходе получается синусоидальный ток с уже изменёнными характеристиками, синусоидальность обеспечивается индуктивностью обмоток.

Более подробно весь процесс изображён на следующей схеме:

Применение в асинхронных двигателях

Асинхронные двигатели превосходят по мощности и производительности обычные электродвигатели, но при этом они обладают рядом недостатков. Основным из них является необходимость увеличения номинальной мощности при запуске в 5-7 раз, а также то, что для регулирования скорости вращения ротора необходимо использовать специальные устройства. Увеличение потребляемой мощности при запуске порождает скачки внутри сети и ударные импульсы, в свою очередь, это негативно влияет на срок службы любого асинхронного двигателя.

Для решения всех проблем сразу был разработан асинхронный преобразователь частоты. Их использование удобно тем, что работа частотника происходит в автоматическом режиме, и поэтому контроль за токами происходит постоянно. Это устройство уменьшает пусковые токи, тем самым не создавая перегрузок в сети и не нанося вред двигателю, также он позволяет регулировать частоту вращения ротора. Отпадает необходимость в использовании магнитного пускателя. Главные плюсы частотника:

• экономия электроэнергии;
• увеличение долговечности двигателя;
• возможность регулирования работы двигателя;
• обеспечивает обратную связь смежных приводов.

В действительности, это настоящий генератор трехфазного напряжения, при помощи которого можно добиться нужной величины и частоты.

Основные составляющие прибора

В состав любого частотника входит четыре главных модуля:

• выпрямитель;
• блок фильтрации напряжения;
• инверторный узел;
• система управления на базе микропроцессора.

Все эти модули соединены блоком управления, он контролирует системы и отвечает за работу выходного каскада, выдаваемого инвертором. Современные устройства подобного типа также обладают определёнными защитными узлами, которые защищают его от превышения тока и коротких замыканий. Также они оборудованы датчиками слежения за температурой и прочими системами, позволяющими отслеживать отклонения от нормы при его работе.

Несмотря на то что частотник должен выпрямлять ток и держать постоянную его частоту, полностью сгладить пульсации он не может, это связано с переменной составляющей и непостоянством тока в самой сети. Для того чтобы полностью убрать эти колебания, используются катушки индуктивности и конденсаторы. Их подключение и настройка происходит, как правило, в системе частотного преобразователя. Катушка сглаживает ток, благодаря своему реактивному сопротивлению, в свою очередь, конденсатор, пропуская через себя ток, выдаёт не переменное, а постоянное напряжение.

Встречаются частотные преобразователи как для однофазных сетей, так и для трехфазных. Также они могут отличаться по типу управления, существуют векторные и скалярные модели. Векторные применяются в тех случаях, когда необходимо жёстко регулировать частоту вращения ротора, второй тип частотников используется на объектах, где нет особой необходимости в жёстком регулировании подаваемой частоты, их можно встретить в вентиляционных системах. Скалярный тип управления используется для однофазных систем, в свою очередь, векторная для трехфазных. Принцип регулирования частоты в обоих случаях остаётся одинаковым.

Электродвигатели частотно-регулируемые

Характеристики асинхронного частотно-регулируемого двигателея АДЧР

Электродвигатели асинхронные АДЧР применяются для работы с преобразователями частоты, используются в составе КОМПЛЕКТНЫХ ПИВОДОВ. Электродвигатели серии АДЧР асинхронные двигатели частотного регулирования выпускаются с учетом всех особенностей питания от частотного преобразователя и отвечают требованиям заказчика по конструкции, комплектации и режимам работы. К качеству изготовления всех элементов двигателя предъявляются повышенные требования.

В работе частотно-регулируемого привода существует ряд ограничений на использование электродвигателя, поэтому между электродвигателями АДЧР и общепромышленными двигателями есть существенные отличия.

Преимущества регулируемого электропривода:

• увеличение ресурса оборудования
• экономия электроэнергии до 50%
• уменьшение нагрузок на механическую часть агрегата
• снижение нагрузки на сеть
• простая интеграция в системы автоматического управления
• уменьшение пусковых токов
• гибкость управления технологическим процессом

Отличия электродвигателей АДЧР от общепромышленных

Специальная обмотка статора.

Электродвигатель АДЧР имеет обмотку, предназначенную для работы с источником питания, выдающим прямоугольные импульсы напряжения(ШИМ). Частотно-регулируемые двигатели имеют специальную систему изоляции обмотки, стойкую к высокой скорости нарастания напряжения. Работа общепромышленного двигателя от преобразователя частоты сокращает срок службы двигателя т.к. общепромышленные моторы предназначены для питания от сети переменного тока синусоидальной формы фиксированной частоты. Специальная технология изготовления обмотки двигателей АДЧР и специальный обмоточный провод предотвращают систему изоляции от преждевременного разрушения и от короткого замыкания, а также выхода из строя электродвигателя.

Повышенные требования по вибрации для двигателей АДЧР.

Часто электродвигатели АДЧР работают на скоростях выше, чем аналогичные общепромышленные электродвигатели, поэтому к роторам таких двигателей предъявляются более строгие требования по уровню вибрации. Роторы электродвигателей серии АДЧР точно отбалансированы и имеют низкий уровень вибрации по сравнению с общепромышленными моторами, что положительно сказывается на сроке службы электродвигателя и связанного оборудования.

Надежный подшипниковый узел двигателей АДЧР.

Электродвигатели АДЧР комплектуются подшипниками производства SKF, которые гарантируют высокое качество и длительный срок эксплуатации, что снижает затраты на обслуживание двигателей.

Дополнительное оборудование и независимая вентиляция.

Двигатель АДЧР работает в диапазоне частот вращения с необходимым уровнем нагрузки, в то время как общепромышленные двигатели предназначен для работы на одной фиксированной скорости вращения. Работа стандартных электродвигателей на скоростях ниже номинальной вызывает перегрев и выход их строя, а работа на повышенных скоростях приводит к потере мощности и увеличению шума. Электродвигатели АДЧР (АДЧР-В, -ДВ, -ТДВ) с установленным узлом независимой вентиляции лишены этих недостатков и могут работать в режиме постоянного момента на валу от самой минимальной до максимальной скорости.

По требованию заказчика частотно-регулируемые электродвигатели АДЧР могут быть оснащены:

• электромагнитным тормозом — для торможения и удержания вала электродвигателя после остановки или в аварийной ситуации, что актуально, в первую очередь, для системы кранового привода (АДЧР-Т, -ТВ, -ТДВ);
• датчиком обратной связи — для регулирования и позиционирования в точных системах с векторным управлением с глубиной до 1:10000 (АДЧР-ДВ, -ТДВ).

СпецЭлектро предлагает доступные цены на АДЧР

Целесообразно использоватьЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ не в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, а как составляющую комплексных системных решений с подключением широкого набора средств автоматизации технологических процессов. Такие решения позволяют получить эффект, который заведомо больше простой экономии электрической энергии.

Установка независимой вентиляции на двигателе АДЧР дает возможность увеличения диапазона по минимальной и максимальной скорости предохраняя от перегрева на разных скоростях.

Электромагнитный тормоза устанавливаемый на АДЧР выполняет задачи по удержанию нагрузки при отключенном силовом питании двигателя, а так же обеспечивает безопасность оборудования, на которое устанавливается асинхронный электродвигатель.

Датчик скорости/положения энкодер установленный на асинхронных двигателях АДЧР, предназначен для обеспечения работы в системах точного регулирования и позиционирования, требующих реального контроля скорости, а так же в системах требующих управление моментом вращения механизма.

ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Самыми распространенными электрическими двигателями для различных устройств в настоящее время являются трехфазные асинхронные двигатели переменного тока.

Большое распространение такие приводы получили благодаря своим хорошим эксплуатационным характеристикам.

Но есть у них несколько серьезных недостатков:

• невозможность регулировки числа оборотов;
• большие пусковые токи.

Регулировка оборотов невозможна из-за принципа работы асинхронного двигателя, поскольку число оборотов жестко привязано к частоте питающей сети и конфигурации обмоток.

Частота сети — величина постоянная, а переключением обмоток можно получить только несколько значений оборотов. Асинхронные двигатели могут снижать свои обороты при увеличении нагрузки, но это уже нежелательное явление, с которым необходимо бороться.

Существует несколько разновидностей частотных преобразователей, но в настоящее время подавляющее большинство выполнено по схеме ШИМ контроллера.

Различие только в тонкостях регулирования, которое может осуществляться по скалярному методу – упрощенный вариант или по векторному методу. Векторный метод управления наиболее полный и позволяет осуществить все возможные алгоритмы работы.

Частотные преобразователи применяются в оборудовании, где важны такие параметры:

• стабильность оборотов при изменении нагрузки в широком диапазоне;
• изменение количества оборотов;
• обеспечение плавного пуска;
• снижение нагрузок на электрическую сеть во время пуска;
• возможность торможения.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Большое распространение частотные преобразователи получили в станочном оборудовании в машиностроении и иных областях обработки материалов, в том числе в качестве приводов прокатных станов.

Применение преобразователей для регулировки и поддержания заданных оборотов значительно упрощает кинематические схемы станков, тем самым повышая удобство работы и надежность.

Регулировка частоты вращения давно применяется в электротранспорте. Вместе с функцией электрического торможения и рекуперацией (возвратом электроэнергии в питающую сеть при торможении) применение частотных преобразователей выгодно еще значительным сокращением потребления энергии.

Частотные преобразователи с возможностью электрического торможения находят широкое применение в лифтовом хозяйстве.

Перспективно и быстро развивается применение регулируемых асинхронных двигателей в качестве приводов насосов. Возможность плавной регулировки оборотов в широком диапазоне позволяет избавиться от громоздкой и ненадежной запорной и регулирующей арматуры в насосных перекачивающих станциях и котельных.

Таким образом снижаются гидравлические потери при перекачке жидкости и резко падает расход электроэнергии. Дополнительным плюсом в частотном регулировании является возможность увеличения производительности насосов во время пиковой нагрузки.

Если рассматривать бытовые устройства, то чаще всего двигатели с частотным управлением встречаются в автоматических стиральных машинах.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Важнейшей характеристикой любого преобразователя является количество фаз и величина напряжения.

Подавляющее большинство частотных преобразователей рассчитаны на подключение в трехфазную сеть 220/380 В и позволяют получить на выходе те же три фазы, но с возможностью регулировки частоты и напряжения.

На втором месте по распространенности находятся устройства для подключения в однофазную сеть 220 В с преобразованием в три фазы 380 В. Такие устройства находят применение в быту для подключения промышленных трехфазных двигателей в однофазную бытовую сеть.

Таким образом, перечень основных параметров выглядит следующим образом:

• количество фаз;
• величина напряжения;
• мощность нагрузки;
• диапазон регулировки частоты;
• пределы изменения выходного напряжения.

Из дополнительных опций, которые присутствуют в хороших моделях устройств следует отметить возможность параллельной работы нескольких преобразователей, подключение нескольких двигателей, обратная связь для точной регулировки оборотов согласно заданной функции, наличие функции торможения и рекуперации.

Для осуществления перечисленных функций устройства снабжены несколькими аналоговыми и цифровыми выходами. Некоторые модели имеют стандартный интерфейс для подключения персонального компьютера. Многие модели оборудованы входом для подключения термодатчика.

Электродвигатели в большинстве для уменьшения нагрева оборудованы собственными крыльчатками для обдува корпуса.

При работе на низких оборотах эффективность крыльчатки падает в геометрической прогрессии. Для предотвращения перегрева обмоток и используется внешний термодатчик, который прерывает подачу питания на двигатель при критическом нагреве обмоток.

Подбор необходимого преобразователя по параметрам призван сократить финансовые расходы без снижения надежности при сохранении необходимой функциональности. Известно, что чем шире функциональность и больше мощность преобразователя, тем он дороже, причем стоимость растет непропорционально мощности, а несколько быстрее.

Мощность частотника должна с некоторым запасом перекрывать пиковую мощность подключенного электродвигателя. Следует учитывать, что максимальный ток асинхронные двигатели потребляют в момент пуска и при увеличении нагрузки на ротор. В зависимости от мощности двигателя, пусковой ток может превосходить номинальный в 3-5 раз.

Диапазон изменения частоты обычно имеет стандартную величину 1:10, но можно встретить дорогие модели с расширенным диапазоном. Обычно недорогие частотники со скалярным управлением работают с меньшим диапазоном. Более прогрессивные – векторные, теоретически не имеют верхнего предела изменения частоты. Их диапазон ограничен областью применения и стоимостью.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Под программированием частотного преобразователя понимают установку режимов и алгоритмов работы в зависимости от требования. Процесс программирования всех типов устройств нереально описать в пределах одной статьи, но производители, по мере возможности упрощают этот процесс.

Основные режимы преобразователей уже внесены в память устройств и на пользователей возлагается только их коррекция и установка порядка подключения. Для изменения режима работы предусмотрены:

• мини клавиатура или набор кнопок;
• индикатор (цифровой или многострочный символьный);
• интерфейсные входы для подключения внешних устройств, компьютера или клавиатуры.

Весь процесс подробно описан в сопроводительной документации. Там же приведена и схема коммутации с сетью и регулируемым двигателем. Правильное подключение является основой для дальнейшей работы. Даже не запрограммированный частотник при строгом соблюдении правил подключения может нормально работать на режиме, который установлен по умолчанию.

Схема управления преобразователем содержит в себе ключевые исполнительные элементы, согласующие устройства, которые управляются при помощи одного или нескольких микроконтроллеров, которые представляют собой миниатюрные процессоры.

Следовательно, для того, чтобы правильно запрограммировать устройство, нужно иметь немалый опыт и некоторую подготовку, поэтому лучше поручить такую работу профессионалам, в противном случае не исключена поломка как частотного преобразователя, так и исполнительного двигателя. Нельзя также исключать возможности аварии, как результата неправильных действий.

Наиболее совершенные модели позволяют выполнять программирование при помощи компьютера непосредственно из операционной системы Windows. Для этих целей вместе с устройством поставляется специализированная программа, которую необходимо инсталлировать на компьютер.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов