Регулятор частоты тока 380

Частотный преобразователь для электродвигателя 380 вольт

Содержание

В этой статье рассказывается об общих понятиях, связанных с таким устройством, как частотный преобразователь для электродвигателя. С каждым годом в мире неуклонно растет количество используемых электродвигателей (ЭД) как на производстве, так и в повседневной жизни, например, кулер в персональном компьютере или ноутбуке в своем составе так же содержат крохотные электродвигатели. В статье внимание уделено более мощным двигателям, которые применяют в основном в промышленности. Эти двигатели в большинстве своем приводят в действие насосы, вентиляторы, дымососы, компрессоры, конвейеры и т.п. Так же, часто существует необходимость в регулировке скорости вращения этих механизмов. Одним из способов уменьшать или увеличивать скорость вращения ЭД, является установка преобразователя частоты.

Частотный преобразователь: понятие

Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты электрического тока.

Если рассматривать упрощённо, то при включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

f – частота сети (в России принят стандарт частоты = 50 Гц);

p – число пар полюсов электродвигателя.

Как видно из формулы – если изменить частоту электрического напряжения на входе, то меняется скорость вращения магнитного поля статора, а, следовательно, и скорость вращения самого электродвигателя.

Для обеспечения оптимальных условий работы асинхронного двигателя, кроме частоты, необходимо изменять и напряжение на двигателе в соответствии с законом М.П. Костенко.

Для наглядности можно сравнить преобразователь частоты с педалью газа (акселератора) в автомобиле. Увеличивая (уменьшая) частоту напряжения на входе, мы увеличиваем (уменьшаем) скорость вращения электродвигателя насоса (вентилятора и др.)

Зачем нужен частотный преобразователь

Когда требуется регулировать скорость вращения электродвигателя
Когда требуется исключить пусковые токи при запуске электродвигателя. В момент запуска ЭД пусковой ток при пуске от сети может достигать 10-ти кратного значения от номинального. Установка частотного преобразователя поможет исключить этот ток, при этом сохранив высокий момент.

эта особенность необходима при запуске электродвигателей от ИБП или дизель-генераторных установок (ДГУ), которые могут не иметь достаточный запас по мощности на пусковые токи.

Для продления ресурса работы самого двигателя, приводного механизма, а также сопутствующего оборудования

например, отсутствие пусковых токов исключает рывки двигателя и насоса при пуске, бережет подшипники, убирает гидроудары в трубопроводе в результате чего трубы не лопаются, требуется меньше денег на их ремонт, жидкость не вытекает на землю. Так же, в частотный преобразователь встроена защита от перегрева и короткого замыкания в двигателе.

Для экономии. Если не всегда нужна максимальная скорость вращения двигателя, её можно снизить. (Читать: Расчет экономического эффекта преобразователя частоты)

уменьшая скорость вращения электродвигателя, тем самым, уменьшается потребление электроэнергии.

Классы преобразователей частоты

электромеханические;
на тиристорах;
на IGBT-транзисторах.

По типу напряжения питания:

однофазные

1. вход
  
  3ф, 220 В

трехфазные

1. вход
  
  3ф, 220 В
  вход
  
  3ф, 220 В
  вход
  
  3ф, 380 В
  вход
  
  3ф, 690 В

постоянное напряжение (DC)

От сотен Вт до сотен кВт. Существуют промышленные преобразователи частоты мощностью в десятки МВт.

По способу регулирования:

скалярные
- закон изменения U(f) задается в настройках. Применяется в системах с постоянной нагрузкой, например насос или вентилятор;
векторные
- закон изменения U(f) вычисляется по поведению нагрузки. Применяется в системах с переменной нагрузкой – краны, лебедки, конвейеры.

По типу исполнения:

встраиваемые в электротехнический шкаф (шасси)
навесные
напольные

По степени защиты:

от IP00 до IP68

По способу торможения двигателя:

без рекуперации, торможение «выбегом», по инерции;
без рекуперации, торможение с помощью постоянного тока или тормозного резистора;
с рекуперацией, возврат излишков энергии образуемых при динамическом торможении обратно в электрическую сеть;

Выбор преобразователя частоты

Подбор частотного преобразователя – это тема отдельной статьи (дополнено: Выбор частотного преобразователя), главное запомнить, что: Основной критерий выбора – чтобы номинальный ток частотного преобразователя был в пределах 13 – 100% номинального тока электродвигателя, но никак не больше его.

В настоящее время преобразователи частоты плотно вошли во все сферы производства, а высокая конкуренция на рынке производителей обеспечила достаточно гибкие варианты выбора. При подборе отталкивайтесь от конкретно вашей задачи и бюджета, при этом не забывайте изучать техническую документацию производителя. Частотные преобразователи различаются не только по току, мощности и рабочему напряжению, но и интерфейсами управления, наличием дополнительных опций управления, требованиями к кабельным линиям и т.п.

Когда применять частотный преобразователь

Частотный преобразователь необходим прежде всего там, где необходима работа электродвигателя в режиме отличном от прямого включения в сеть или есть требования к плавному пуску и останову. В этом случае, частотный преобразователь поможет сэкономить электроэнергию, увеличить ресурс механизмов, получить новое качество работы электропривода. Иногда, частотный преобразователь может окупиться за несколько месяцев или даже недель.

Вместе с преимуществами, перечисленными выше, частотные преобразователи для электродвигателей имеют свои недостатки, которые могут даже перевесить все преимущества, но это тема отдельной статьи.

Источник

Подключение трёхфазного электродвигателя через Частотный Преобразователь к сети 380 В.

Здравствуйте! Уважаемые подписчики и гости моего канала! В сегодняшней статье, мы будем разбирать как правильно производить процесс подключения Частотного Преобразователя, ещё его называют Инвертор или «Частотник».

Преобразователь частоты — это электронный силовой блок, данное устройство предназначено для управления электродвигателем: плавный запуск, торможение и регулировка оборотов электродвигателя.

Подключение Частотного преобразователя:

Все провода, подключаемые к частотному преобразователю, можно разделить на 2 группы: силовые и контрольные. Рассмотрим подключение силовых.

Три провода сетевого питания 380 В, 50 Гц — клеммы R, S, T + провод заземления PE. Нейтраль частотному преобразователю не нужна. Даже если она у вас есть, подключать не нужно. А вот провода питания можно подключать в любом порядке, так-как полярность можно изменить на панели управления частотником.

Три провода питания двигателя — клеммы U, V, W + провод заземления PE. На выходе напряжение может меняться от 0 до 380 В, а частота от 0 до 500 Гц. В этом и кроется смысл работы частотного преобразователя — он позволяет изменять скорость двигателя от нуля до номинального значения и даже выше, если это позволяет механика.

Подключение цепей управления

С контрольными проводами всё несколько сложнее. Тут нужно хорошо подумать, прежде чем подключать. На выбор целая россыпь дискретных и аналоговых входов и выходов. В документации производители чаще всего публикуют стандартную схему подключения с заводскими настройками, но для каждого механизма на деле нужна своя схема и индивидуальные настройки.

Для подключения не очень сложного станка, например: токарный или шлифовальный станок, достаточно кнопок «Пуск», «Стоп», переключателя «Вперед – Назад» и переменного резистора для изменения скорости вращения, его ещё называют потенциометром.

К дискретным входам DI подключаются сигналы, которые могут принимать одно из двух состояний — «вкл» и «выкл» или логический 0 и 1. В нашей схеме это кнопки «Пуск», «Стоп», переключатель направления и аварийный «грибок». Мы будем использовать кнопки без фиксации, которые уже установлены на станке.

К аналоговым входам AI подключаются сигналы с непрерывно меняющейся величиной тока 4. 20 мА или напряжения 0. 10 В. Это могут быть датчики, сигналы от контроллера или другого внешнего устройства. В нашем случае — это ручка потенциометра, которая обеспечивает плавную регулировку скорости.

Потенциометр или переменный резистор — это регулируемый делитель напряжения с тремя контактами.

На два крайних неподвижных контакта подаётся постоянное напряжение 10 В от частотного преобразователя, а средний подвижный контакт служит для снятия текущей величины напряжения, которая зависит от положения ручки. Если ручка повернута наполовину, значит и напряжение будет только половинное = 5 В. Преобразователь пересчитает напряжение в задание скорости и разгонит двигатель.

Любой потенциометр не подойдёт, необходим с сопротивлением от 2 до 5 кОм, чтобы аналоговый вход стабильно работал. А ещё он должен быть с удобной ручкой, ведь крутить его придётся постоянно. Мощность может быть любой, даже 0,125 Вт достаточно. Идеально подойдёт XB5AD912R4K7 с сопротивлением 4,7 кОм.

На дискретные — DO и аналоговые выходы AO преобразователь выдает информацию о своем текущем состоянии, скорости или токе двигателя, достижении заданных значений или выходе за их пределы. В нашем случае выходы не используются, поэтому подключать нечего.

Недостаточно просто подключить все провода к частотнику, его ещё нужно правильно настроить, чтобы механизм работал стабильно и долго. Для этого в частотном преобразователе несколько сотен параметров. Конечно, все настраивать не придётся, но вот основные — обязательно .

Настройка осуществляется с помощью клавиш на встроенной панели управления. С ними всё предельно просто.

Кнопка PRG отвечает за вход и выход из режима программирования. Кнопки вверх, вниз и вбок осуществляют навигацию внутри меню, а кнопка Enter — подтверждает выбор параметра или его значения.

MF.K — это дополнительная функциональная кнопка, которую можно настроить на необходимое действие, например переключение между местным и дистанционным управлением или смену направления вращения.

Зеленая и красная кнопки — это Пуск и Стоп, если управление осуществляется с панели.

Если запутались , не беда. Нужно несколько раз нажать на кнопку PRG, чтобы вернуться к исходному состоянию.

А теперь к параметрированию

Во-первых, необходимо дать понять частотному преобразователю, какой двигатель к нему подключен. Для этого в параметры с F1-01 по F1-05 запишем значения с шильдика двигателя:

F1-01 = 1,5 кВт — номинальная мощность двигателя
F1-02 = 380 В — номинальное напряжение двигателя
F1-03 = 3,75 А — номинальный ток двигателя
F1-04 = 50 Гц — номинальная частота двигателя
F1-05 = 1400 об/мин — номинальная скорость двигателя

Теперь, когда основные данные о двигателе есть, нужно провести авто настройку. Этот процесс нужен, чтобы частотный преобразователь ещё лучше адаптировался к работе с конкретным двигателем: вычислил сопротивление и индуктивность обмоток. Так управление будет точнее, а экономия энергии — больше.

Для запуска процедуры устанавливаем F1-37 = 1 — статическая авто настройка и нажимаем кнопку «Run» на панели управления. Через пару минут дисплей переходит в исходное состояние и частотник готов к работе.

Далее переведём управление на внешние кнопки и настроим его

В нашем случае подойдёт трёх проводное управление, где кнопка «Стоп» осуществляет разрешение на работу, кнопка «Старт» — запуск станка, а переключатель выбирает направление вращения.

Настроим эти параметры:
F0-02 = 1 — управление через клеммы управления
F0-03 = 2 — задание частоты с AI1 (потенциометр)
F4-00 = 1 — пуск
F4-01 = 2 — выбор направления движения
F4-02 = 3 — разрешение работы
F4-03 = 47 — аварийный останов
F4-11 = 3 — режим трёхпроводного управления

Теперь станок начинает оживать, реагирует на нажатие кнопок и вращение ручки скорости. Остаётся настроить время разгона, торможения и проверить на практике удобство использования. Наш частотный преобразователь настроен и готов к использованию!

Трёхфазный Частотный Преобразователь

Защита и безопасность

Преобразователь частоты — умное устройство. После настройки в работу включаются все защитные функции, которые в случае аварии сберегут и сам частотник, и двигатель, и механизм.

Например, при заклинивании: преобразователь вычислит, что ток двигателя намного выше номинального, который мы установили в параметре F1-03 ранее, выдаст ошибку «Перегрузка двигателя» и отключится. Двигатель не перегреется и не сгорит, а механика останется целой.

А если возникла угроза здоровью оператора или поломки оборудования — спасет аварийная кнопка «грибок». При её нажатии преобразователь в мгновение остановит станок и отключит питание. Никто не пострадает!

Вместо заключения

Настройка частотного преобразователя — процесс увлекательный. Порой преобразователь берёт на себя не только управление двигателем, но и целой системой и может заменить даже простой контроллер. К частотнику можно подключать датчики, лампы индикации, реле и даже контакторы. Применение преобразователю можно найти везде: от насосов и конвейеров до сложных станков, подъёмников и лифтов. Главное внимательно изучать документацию и делать всё по порядку, тогда всё обязательно получится.

Источник

Частотный регулятор для асинхронного двигателя

Регулировка скорости изменением величины напряжения снижает момент и также увеличивает потери мощности. Регулировка частоты вращения путем изменения числа полюсов осуществляется ступенчато, кроме того, этот способ пригоден только для специальных многоскоростных двигателей с несколькими обмотками неподвижной части.

Асинхронный двигатель – самый распространенный электропривод технологического оборудования. Главная особенность таких электрических машин – постоянная скорость вращения вала. Ее регулировку осуществляют:

Механическим способом. Для этого вал подключают к редукторам, муфтам и другим устройствам.
Путем изменения числа пар полюсов, величины или частоты питающего напряжения обмоток статора.

Механическое регулирование усложняет кинематическую схему электропривода, ведет к потерям мощности и нерациональному расходу электроэнергии.

Наиболее перспективный метод регулирования уголовной скорости ротора – преобразование частоты питающего напряжения. Этот способ обеспечивает сохранение механических характеристик во всем диапазоне и обладает рядом других преимуществ.

Устройство и принцип работы частотного регулятора

Принцип частотного регулирования основан на зависимости угловой скорости вращения ротора от частоты напряжения на обмотках статора. С появлением IGBT-транзисторов и GTO-тиристоров наибольшее распространение получила схема преобразования частоты на базе широтно-импульсного модулятора.

Такие преобразователи частоты состоят:

Из силового выпрямителя с С или LC фильтром для сглаживания пульсаций.
Из инвертора на IGBT-транзисторах для преобразования постоянного напряжения в переменное, заданной частоты и амплитуды.
Из блока управления для генерации отпирающих силовые транзисторы импульсов.

Переменное напряжение выпрямляется и преобразуется в постоянное, затем снова инвертируется в переменное. Частота на силовом выходе ПЧ определяется длительностью отпирающих силовые транзисторы импульсов, поступающих со схемы управления.

Такой способ регулирования позволяет изменять частоту и амплитуду напряжения в силовой цепи электродвигателя, а значит управлять скоростью вращения ротора и моментом на валу электрической машины.

Структура частотного регулятора

Большинство частотных преобразователей для электродвигателей до 690 В выполнены по схеме двухуровневых инверторов напряжения. Они позволяют моделировать напряжение питания необходимой формы, амплитуды частоты. Такие устройства состоят из неуправляемого выпрямителя, 2-х транзисторных ключей на каждую фазу и конденсатора. Выходное напряжение содержит высшие гармоники, которые сглаживаются индуктивной нагрузкой. Специальные фильтры применяют относительно редко.

К недостаткам такой схемы является ограничение величины выходного напряжения, которое определяется максимальным напряжением полупроводниковых устройств.

Для высоковольтных приводов используются многоуровневые схемы регулирования. Они состоят из нескольких однофазных инверторов, соединенных последовательно. Такая схема позволяет избежать резонансов, обеспечивает высокое быстродействие, снижает скорость нарастания напряжения. Такие ПЧ имеют модульную конструкцию. При выходе из строя одной из ячеек, ее легко заменить. К недостаткам этой схемы относятся необходимость отдельного источника питания для каждого модуля, функции которого выполняет трансформатор специального назначения.

Преобразователи частоты с плавающими конденсаторами позволяют обойтись без входного трансформатора и увеличивать число ячеек в зависимости от требуемой мощности. Такое решение обеспечивает снижение высших гармоник, уменьшает скорость нарастания напряжения.

Для регулировки скорости электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы частыми реверсами применяют инверторы тока. Эти устройства представляют собой управляемый выпрямитель и инвертор на тиристорах. Для уменьшения помех в цепи нагрузки в схему включается расщепленный индуктивный фильтр. Выходное напряжение таких устройств имеет форму аппроксимированной синусоиды. Для сглаживания его формы обязательно включение перед электродвигателем конденсаторов. Главное достоинство таких ПЧ – возможность рекуперации электроэнергии обратно в электросеть.

Прямые преобразователи частоты не содержат конденсаторов. Главное их преимущество – небольшие габариты и значительная мощность нагрузки. Такие устройства используются в составе мощных электроприводов работающих на низких скоростях. ПЧ этого типа выполнены на базе тиристорных преобразователей. На входе прямых ПЧ установлен фазосдвигающий трансформатор, устраняющий низшие гармоники и выполняющий функцию источника питания для каждого преобразователя. Прямые ПЧ требуют сложной схемы управления.

Состав частотных преобразователей

Кроме выпрямителя, ШИМ-модулятора и инвертора, в состав частотного преобразователя входят:

Устройство для ввода данных и обмена информаций с ПК, другими частотными преобразователями.

Встроенная энергонезависимая память. В этом устройстве фиксируются аварийные отключения, изменения настроек, а также другие данные.
Управляющий контроллер, обеспечивающий реализацию алгоритмов управления, обработку данных с датчиков, защитное отключение при ненормальных режимах работы.
ЭМ-фильтр. Это устройство обеспечивает снижение реактивной высокочастотной составляющей, снижающей качество электроэнергии и отрицательно влияющей на работу электродвигателя.
Вентилятор и радиатор для принудительного охлаждения и отвода тепла силовых транзисторов.
Тормозной прерыватель и другие элементы.

Кроме аппаратной части, преобразователи частоты содержат программное обеспечение. Контроллеры с открытой логикой позволяют вносить изменения в стандартное ПО, поставляемое производителем, и самостоятельно программировать ПЧ.

Однофазные преобразователи частоты

Однофазные асинхронные электродвигатели широко применяются в качестве приводов насосных агрегатов, вентиляторов, маломощных станков. Для регулирования частоты вращения этих электрических машин применяются 2 основных способа:

Изменение величины напряжения питания.
Изменение частоты питающего напряжения.

Для регулирования питающего напряжения применяются трансформаторные, автотрансформаторные, тиристорные, симисторные и транзисторные преобразователи. Изменение частоты вращения путем регулирования напряжения имеет ряд серьезных недостатков:

Увеличение скольжения и сильный нагрев обмоток статора.
Узкий диапазон регулирования.

Кроме того, постоянная составляющая питающего напряжения на выходе тиристорных и симисторных устройств вызовает увеличение шума при работе, рывки и другие нежелательные явления.

Частотное регулирование лишено этих недостатков. Однофазные ПЧ применяются в холодильном оборудовании, системах вентиляции, бытовых насосах.

Такие электроприводы обеспечивают:

Стабильную работу однофазного двигателя при любой частоте вращения.
Снижение потребления электроэнергии.
Возможность автоматической регулировки частоты вращения с обратной связью по изменению одного или нескольких технологических параметров.
Удаленное управление и контроль характеристик.
Защиту от ненормальных режимов работы и коротких замыканий.
Интеллектуальное управление электродвигателем в соответствии с заданным алгоритмом.
Возможность пуска без фазосдвигающего элемента.
Поддержание необходимого момента на валу во всем диапазоне изменения скорости.

Кроме базовых составляющих, в состав однофазного преобразователя частоты входят ПИД-регулятор, ПЛК-контроллер, устройство для обмена данными с удаленным оборудованием, пульт дистанционного управления. При введении дополнительных настроек допустимо применение трехфазного ПЧ для однофазных двигателей переменного тока.

Таким образом, управление однофазными и трехфазными асинхронными электродвигателями путем изменения частоты значительно превосходит метод регулирования величины напряжения, механические способы.

Источник