Частотный преобразователь назначение и принцип работы, применение для управления вращением электродв

Частотные преобразователи для однофазного насоса

У вас имеется однофазный насос, на котором требуется регулировать скорость? Решением этой задачи является частотный преобразователь для однофазного насоса (электродвигателя). Помимо регулировки скорости немаловыжным является возможность настройки времени выхода насоса на номинальную скорость. Эта функция продлит жизнь насосу а также позволит избежать гидроудара возникающего при прямом подключении насоса в сеть без частотного преобразователя.

Однофазный преобразователь частоты IDS Drive S1 предназначен для управления однофазными асинхронными и конденсаторными двигателями переменного тока в диапазоне мощностей от 0,4 до 2,2 кВт

Частотный преобразователь для однофазного насоса купить в Санкт-Петербурге.

Частотный преобразователь для однофазного насоса предназначен для управления скоростью погружными и непогружными однофазными насосами в системах водоснабжения. Частотный преобразователь для однофазного насоса работает с конденсаторными двигателями

15200 руб.
15500 руб.
21500 руб.

Принципиальная схема подключения частотного преобразователя к однофазному насосу:

Частотный преобразователь для однофазного насоса обладает следующими преимуществами:

  • обеспечивает стабильный напор воды в системе водоснабжения
  • позволяет увеличить ресурс насоса
  • исключает перегрузку электрической сети и механические удары в электродвигателе и насосе
  • исключает резкое превышение давления в системе (гидроудар)
  • плавная остановка насоса исключает появление разрежения в системе
  • работает с однофазными погружными и поверхностными насосами с напряжением
    220В 50Гц

Частотные преобразователи с непосредственной связью

Частотные преобразователи с непосредственной связью имеют второе название — непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Преобразователи этого класса делятся по типу силовых вентилей на преобразователи с естественной и преобразователи с принудительной коммутацией.

В преобразователях с непосредственной связью с естественной коммутацией (циклоконверторах) силовая часть собрана на быстродействующих тиристорах. Тиристорный блок может быть собран по различным схемам. Наиболее часто встречается нулевая, мостовая, встречно-параллельная или перекрестная схема, с совместным или раздельным управлением. В промышленности чаще всего применяют мостовую схему. Пример структурной силовой схемы тиристорного частотного преобразователя с непосредственной связью и структурная схема мостового частотного преобразователя показана на рисунке.

Достоинства преобразователя частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией

Достоинства НПЧ определяются его относительно простой конструкцией. К ним относятся:

  • довольно высокий КПД, который достигается однократным преобразованием электроэнергии в преобразователе;
  • возможность обмена энергией между двигателем и электрической сетью. Благодаря такой возможности преобразователь может работать как в двигательном, так и в тормозном режимы работы, причем с рекуперацией энергии в сеть;
  • примененяемые тиристоры в схемах с естественной коммутацией, являются более надежными и дешевыми и обладают большей перегрузочной способностью, чем полностью управляемые приборы, применяемые в схемах с принудительной коммутацией;
  • в таких частотных преобразователях имеется возможность получения довольно низких частот выходного напряжения частотного преобразователя. Это обеспечивает возможность равномерной работы двигателя с малыми скоростями;

Благодаря блочно-модульной конструкции частотные преобразователи с непосредственной связью имеют возможность неограниченно наращивать мощность НПЧ, удобны в эксплуатации и при создании горячего резерва;

Основные недостатки частотных преобразователей с непосредственной связью

Недостатки частотных преобразователей НПЧ связаны с простотой их конструкции. В таких преобразователях существует ограничение максимальной выходной частоты. Максимальная выходная частота не может превышать 70% частоты питающей сети. Другим препятствием для широкого применения НПЧ, является низкий коэффициент мощности и несинусоидальность выходного напряжения. Высокая сложность цепей управления, обуславливает применение НПЧ в тихоходных синхронных и асинхронных электроприводах средней и большой мощности.

Частотные преобразователи с принудительной коммутацией и непосредственной связью с сетью

НПЧ с принудительной коммутацией реализованы на полностью запираемых ключах. В качестве таких ключей используются транзисторы или запираемые тиристоры. Управление этими ключами осуществляется на принципе широтно-импульсной модуляции. Пример построения силовой схемы преобразователя частоты показана на рисунке.

Читайте также:  Сигнализация Старлайн не заводится машина с брелка и ключа, проблема А9

В такой схеме включения любую фазу сети можно непосредственно подключить к любой фазе двигателя.

В современных системах управления электроприводами используются два типа частотных преобразователей.

  • Частотные преобразователи с непосредственной связью(НПЧ);
  • Частотные преобразователи со звеном постоянного тока.

Частотный преобразователь: принцип работы и построение схемы

Довольно часто у многих радиолюбителей или просто хозяйственных людей возникает необходимость в регулировании частоты вращения трехфазного двигателя. Использовать для этого банальный регулятор мощности нет смысла, потому что он построен на принципе изменения напряжения, а ведь, как известно, двигатели переменного тока не хотят регулироваться таким способом, даже однофазные.

Обороты, конечно, будут изменяться, но только в небольшом и практически незаметном пределе, после чего при достижении нижнего порога, а при питании 220 В при напряжении 150 В, обороты и вовсе останавливаются. Если с вала необходимо получит еще и нормальный момент, например, при регулировании скорости движения конвейера или протяжной рейки, в зависимости к чему он подключен, то подойдет только частотный преобразователь.

Что такое частотное преобразование

Под понятием частотное преобразование, а далее и частотный преобразователь, следует понимать целую систему, которая нечто делает. А именно преобразует частоту питающего обмотки асинхронного двигателя напряжения. То есть акцентируем ваше внимание на том, что здесь изменяется не напряжение, а именно его частота. В таком режиме управления момент на валу двигателя сохраняется при изменении его скорости вращения.

Но чтобы сделать преобразователь частоты своими руками, необходимо вспомнить конструкцию и возможные характеристики работы асинхронных двигателей. Более того, решая конкретно изготовить такое устройство, первым делом необходимо найти подходящий по параметрам двигатель, который справится с возлагаемой на него работой в составе готового комплекса.

Выбор двигателя

Для проектирования самодельного частотника сначала стоит вспомнить, что такое асинхронный двигатель и как он работает. Несинхронный двигатель или ДПТ представляет собой механическое устройство, состоящее из статора с обмотками возбуждения и ротора. Второй компонент может быть:

  • короткозамкнутым, то есть средние проводники соединены по торцам кольцами, а сами они толстые и короткие, из-за чего конструкция получила название «беличье колесо»;
  • фазным, ротор имеет несколько обмоток, которые присоединены к токосъемным кольцам, применяемым для отвода напряжения в режиме генератора.

Принцип действия двигателя очень прост и заключается во влияние создаваемого в статоре вращающегося магнитного поля на короткозамкнутый ротор, в котором возникает ЭДС. Из-за этого в роторе начинает протекать ток, что ведет к образованию сил, взаимодействующие с магнитным полем статора. При этом частота вращения ротора и магнитного поля неравны, оттого и название асинхронный двигатель.

Разумно предположить, что если изменить частоту питающего статор напряжения, то и измениться скорость вращения ротора. На деле оно так и есть, поэтому все серьезные компании используют именно частотные преобразователи для управления такими моторами. Когда проектируется схема частотного преобразователя для электродвигателя своими руками, следует учесть тип мотора и все его характеристики. В частности, мощность, число полюсов и максимальную скорость вращения. Скачать готовые схемы можно с интернет-журнала «Радиокот». Там их представлено очень много.

Получение магнитного поля

Для получения вращающегося магнитного поля трехфазного, необходимо через виток катушки на статоре пропустить ток с необходимой частотой, который будет определяться по формуле: iA = I m sinωt. В результате действия этого тока по оси витка начинает действовать МДС FA. Так как витки в статоре чередуются по фазам, то и пульсация будет иметь такой же характер, создавая общую пульсирующую силу F, являющеюся константой. Она определяется как корень из квадратов сил в двух витках, смещенных относительно друг друга под углом 90ºС.

В результате чего возникает вращение поля с угловой скоростью, выраженную формулой для каждого витка в отдельности: ω =2π f 1. Но для расчета скорости поля во всей машине необходимо учитывать общее количество пар полюсов, выраженное символом p. И тогда скорость поля будет равна: ω 0 =2π f 1 /р. Соответственно, можно высчитать и частоту вращения, выраженную в об/мин: n0 =60 f 1 /р.

Читайте также:  Как работает двигатель постоянного тока — LiveJournal

Кроме этих данных, необходимо помнить, что характеристики будут отличаться от режима в холостом ходе, то есть при ω = ω 0, и при нагрузке, когда ω ≠ ω 0. А также было бы полезным вспомнить, что под нагрузкой возникает такое понятие, как скольжение, которое появляется из-за отставания ω от ω 0. И оно выражается как: s =( ω 0 — ω)/ ω 0. Это говорит о том, что при построении САУ с увеличением этой величины необходимо автоматически изменять частоту напряжения в обмотках, чтобы обеспечить стабильность скорости при различных нагрузках.

Промышленные частотные привода

Все промышленные частотники обеспечивают различные принципы регулирования скоростью и моментом на валу асинхронных двигателей за счет изменения не только частоты, но и сдвига фаз, времени нарастания управляющих импульсов, динамическим торможением и многими другими параметрами. При этом все это выполняется в автоматическом режиме без дополнительного участия извне. Поэтому промышленная схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя состоит из следующих компонентов:

  • Центрального процессора, выполняющего роль формирователя задающих и управляющих импульсов.
  • Силовая часть: выпрямитель и одновременно блок управления, построенный на IGBT — модулях.
  • Блок ввода и вывода данных или просто интерфейс для взаимодействия с пользователем.
  • Преобразователь шины для работы с системой программного управления.

Трехфазный двигатель может быть оснащен датчиком, тогда требуется обратная связь. Датчик может быть оптическим, индуктивным или магнитным. В высоко оборотистых двигателях расчет скорости ведется программно на основании характеристик.

Плюсы использования частотных преобразователей

Недаром человек стал активно применять частотные преобразователи на всех видах предприятий и даже в быту, потому что они намного более экономичны, чем коллекторные двигатели и могут работать в таких условиях, в которых двигатель со щетками быстро выйдет из строя. Кроме всего этого, использование частотного преобразователя дало возможность заменить механические вариаторы с приводными системами, что позволило намного упростить конструкцию оборудования. А учитывая, что ДПТ при работе практически не требует ремонт, то использование ПЧ является просто идеальным решением.

Но следует понимать, что есть пределы регулирования, при которых принцип управления асинхронным двигателем также будет изменяться:

  • При регулировании скорости в диапазоне 16:1 и менее, необходимо применять использовать ПЧ, работающий по вольт — частотной характеристике.
  • Для регулирования в диапазоне 50:1 необходимо использовать бессенсорное векторное регулирование.
  • В больших диапазонах следует применять обратную связь с использованием датчиков или встроенного в ПЧ пид-регулятора.

В любом случае, когда двигатель планируется применять в тяжелых условиях работы, что обычно и бывает, то лучше использовать именно векторное регулирование.

Векторное и частотное регулирование

Чтобы построить качественную систему САУ с управлением асинхронным двигателем, необходимо хорошо разбираться в понятиях, а именно в векторном регулировании или частотном регулировании.

Частотный принцип применяется в системах, где нет надобности жестко контролировать скорость, а важен создаваемый двигателем поток без значительной нагрузки. Но когда требуется с первого оборота обеспечить высокий момент и хорошее тяговое усилие, то следует использовать векторное управление.

Векторные САУ также применяются в следящих системах с небольшими скоростями подач. Например, в станках для подачи столов или шпиндельных суппортов. Здесь не только надо преодолеть инерцию станины, но и обеспечить необходимое усилие при обработке детали.

Проектируя частотник для трехфазного электродвигателя своими руками, необходимо учитывать тип нагрузки, потому что от этого будет зависеть и характеристика управления силовыми ключами для достижения необходимой мощности при минимальных потерях.

Техническая реализация ПЧ

Вот мы и подошли к построению блок-схемы управления асинхронным электродвигателем. И сразу стоит уверить, что практически все производители этого вида преобразователей используют одну и ту же блоку схему, которая может быть применена и вами для конструирования собственного преобразователя. И она состоит из следующих компонентов:

Читайте также:  Сезонное техническое обслуживание автомобиля

  • Неуправляемого выпрямителя трехфазного 380 В или однофазного 220 В напряжения сети.
  • Шины постоянного тока со встроенным LC — фильтром, состоящей из набора конденсаторов, которые обеспечивают ее стабильный заряд и исключают пульсации при скачках в сети.
  • Инвертора напряжения, преобразующего постоянное промежуточное напряжение в переменное нужной частоты. Он оснащен ШИМ для качественного управления.
  • Асинхронного электродвигателя, которым и осуществляется управление.

Следует сказать, что производители долго шли к созданию идеальной ШИМ, с помощью которой можно было бы стабильно управлять двигателем. И только с появлением IGBT — модулей это стало возможным. Поэтому и для построения своего преобразователя рекомендуется использовать ключи с напряжением не менее 1200 В с учетом возможных пульсаций сети и с хорошим запасом по току. На рынке вполне можно отыскать транзисторы и модули до 100 и более А.

Упрощенная блок схема преобразователя будет выглядеть следующим образом:

  • Выпрямитель, его подключение выполняется по принципу одно или 2-фазной мостовой схеме. Он предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное, пригодное для дальнейшего преобразования частоты от 0 Гц до частоты сети. Промежуточный контур условно состоит из двух блоков:
  • Устройства плавного заряда шины, чтобы не повредит токоведущие линии при заряде конденсаторов. Оно получило название балластного сопротивления.
  • Блок конденсаторов – он же фильтр.

Расчетное напряжение промежуточного контура в √2 раз больше U N. После достижения на шине необходимого уровня постоянного напряжения резистор шунтируется контактной парой. Последний блок в схеме – инвертор. Это окончательный формирователь выходных импульсов, которые затем поступают на двигатель, обеспечивая его вращение с заданной скоростью.

Обобщенное строение силового модуля показано на следующем рисунке:

Для построения инвертора применяются высоко токовые транзисторы, работающие в чисто переключающем режиме. В процессе работы они сильно нагреваются, поэтому устанавливаются на больших радиаторах с большой площадью рассеивания тепла.

Для проектирования схемы управления инвертором, необходимо себе четко представить порок работы ключей. Для этого обратите внимание на рисунок ниже:

На нем представлены временные интервалы для каждого из ключей, установленных именно в таком порядке, как было показано на прошлом рисунке. То есть в фазе U работают транзисторы Т1 и Т4, в фазе V – Т3 и Т6 и так далее. Для каждой из обмоток двигателя свая пара IGBT. При построении ПЧ для маломощных моторов с небольшими токами можно использовать простые биполярные или полевые транзисторы.

На временной диаграмме видно, что в первый момент времени открываются транзисторы Т1, Т5 и Т6. Далее, транзистор Т1 и Т6 продолжают быть открытыми, в то время, как Т5 закрывается и открывается Т2 и так далее. Эта диаграмма полностью повторяет диаграмму напряжений в 3-фазной сети, но только импульсы имеют прямоугольную форму и имеют заданную контроллером частоту.

В результате получается своего рода циклическое переключение транзисторов, при этом ток в фазах получается сдвинут на 120º относительно друг друга. А для получения управляющего напряжения, состоящего из множества импульсов, в виде синусоидального сигнала с минимальным числом гармоник, пользуются отношением времени включения и выключения транзисторов.

Чтобы минимизировать потери в двигателе, которые обычно возникают при попытках регулирования за счет уменьшения напряжения на обмотках двигателя, прибегают к увеличению частоты.

Принцип регулирования скорости

Для изменения скорости вращения вала двигателя необходимо изменить частоту f 1, но делать это следует осторожно. Ведь необходимо сохранить ток намагничивания неизменным. Для поддержания этого баланса U 1 должны быть пропорционально f 1. но если баланс нарушен, то ток намагничивания будет либо уменьшаться, либо увеличиваться. Соответственно, поле будет ослабляться или перенасыщаться. Чтобы обеспечить это u / f -характеристику выбирают линейной до достижения угловой частоты. Она наступает тогда, когда напряжение на обмотках повышается до максимальной отметки.

Ссылка на основную публикацию
Цветовая температура База знаний по сценическому освещению, звуковому оборудованию и театральной ме
О цветовой температуре светодиодных ламп таблица цветности, маркировки изделий В качестве осветительных приборов широко используются светодиоды. Это удобные малогабаритные и...
Характеристики двигателя ЗМЗ-406 лучшее масло, какой ресурс, количество клапанов, мощность, объем, в
Двигатель ЗМЗ 402, технические характеристики и тюнинг ЗМЗ 402 представляет собой доработанную модификацию прошлого поколения двигателя ГАЗ-24Д. Модернизации подверглись все...
Характеристики китайского аналога Тойоты Ленд Крузера Прадо
Китайцы готовят дешевую копию Land Cruiser 200 На китайском авторынке стоимость внедорожника Land Cruiser 200 никогда не была низкой. Поскольку...
Цельнометаллическая оболочка тест-драйв фургона ГАЗель NEXT — – автомобильный журнал
Тест-драйв «ГАЗель Next» 4 «Группа ГАЗ», один из главных поставщиков коммерческого транспорта в России, сделала новую модель. Строго говоря, это...
Adblock detector