Регулятор частоты вращения двигателя 380

0 commentsПрименение Февраль 14, 2019

Регулируемый асинхронный привод широко распространен и популярен так, что фактически заменил собой синхронные электродвигатели и привод постоянного тока.

Варианты регулировки скорости электродвигателя включают несколько существующих способов:

1. Изменение подачи напряжения;
2. Переключение обмоток асинхронных двигателей;
3. Частотная регулировка скорости электродвигателя с помощью изменения токовых величин;
4. Применение электронного коммутатора.

Во многом это произошло благодаря появлению частотных преобразователей, обеспечивающих энергетические и динамические показатели. Использование частотного регулятора скорости считается самым прогрессивным и востребованным методом, входящим в способы регулировки оборотов вращения асинхронных двигателей.

Основное предназначение, которое выполняет частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя основывается на осуществлении питания таким образом, чтобы рабочие характеристики агрегата радикально отличались от обычных параметров, получаемых из сети. При этом напряжение в сети и частота должны остаться неизменными.

Устройство и принцип работы, структура частотного регулятора

Принцип работы частотного регулятора для асинхронного двигателя заключается в питании электродвигателя переменным напряжением с меняющимися по необходимости, параметрами амплитуды и частоты. При этом поддержка соотношения напряжение/частота остаются четко определенными и неизменными. Генерирование переменного напряжения происходит благодаря силовому электронному преобразователю.

Рис. №1 Принципиальная схема преобразователя частоты.

Принцип работы подразумевает использование широтно-импульсной модуляции. Принцип подразумевает подачу импульсного напряжения на обмотки двигателя с амплитудой равной напряжению, полученному от выпрямителя. Импульсы модулированы по ширине и создают напряжение переменного тока с изменяющейся амплитудой. Наглядным примером могут считаться кривые междуфазного напряжения и тока в одной обмотке двигателя при соединении обмоток треугольником.

Рис. №2 График напряжения на выходе ШИМ и ток в двигательной обмотке при соединении трехфазного асинхронного двигателя в треугольник.

Основные элементы, которые входят в структуру частотного преобразователя

Частотный преобразователь состоит из следующих компонентов:

1. Мостовой выпрямитель на 1 или 3 фазы, оборудован конденсатором на выходе, является источником постоянного напряжения.
2. Мостовой инвертор (IGBT) питается постоянным напряжением с помощью широтно-импульсного метода модуляции, служит для генерации напряжения переменного тока с изменяемой амплитудой и частотой.
3. Модуль управления, который подает команды проводимости на инвертор. Они зависят от сигналов, подаваемых оператором и сведений о результатах измерений электрических величин (сетевое напряжение, нагрузочный ток двигателя).

Структура частотного регулятора

В настоящее время детально разработаны и широко применяются две основные топологии многоуровневых частотных преобразователей. Это каскадные и преобразователи на базе многоуровневых частотных инверторов напряжения.

Рис. №3 Структурная схема частотного преобразователя многоуровневого типа высокого напряжения, построенная на базе IGBT-транзисторов с воздушным или водяным охлаждением.

В состав устройства включен многообмоточный трансформатор. К особенностям схемы относится наличие силовых ячеек с последовательным соединением, благодаря чему на выходе устройства получается суммарное высокое напряжение. Подобная схема служит для получения формы выходного напряжения практически приближенной к идеальному синусу. Наличие шунтируемых в момент неисправности ячеек обуславливает высокую надежность схемы.

Как продолжение предыдущей схемы рассмотрим схему преобразователя на базе трансформаторного многоуровневого инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией с применением IGBT-модулей. Для устройства характерна фиксированная частота ШИМ – 3кГц. В структуру устройства включены система защиты с использованием микропроцессора.

Рис. 4 Структурная схема преобразователя.

На схеме видно, что все блоки функционально взаимосвязаны. На схеме показано как работает частотный регулятор для асинхронного двигателя, устройство и принцип работы.

В первом блоке находится входной трансформатор, в блоке осуществляется передача электроэнергии от трехфазного высоковольтного источника питания. От многоуровневого трансформатора производится распределение пониженного напряжения в шкаф инвертора на многоуровневый инвертор.

Шкаф инвертора включает в состав многоуровневый трехфазный инвертор, состоящий из ячеек – преобразователей. В каждой находится шестиимпульсный фильтр для выпрямления звена постоянного тока и мостовой инвертор напряжения на IGBT-транзисторах. По схеме происходит выпрямление входного переменного тока, который благодаря инвертору изменяется в переменный ток, обладающий регулируемыми показателями частоты и напряжения.

В шкафу защиты управления находятся микропроцессорный блок, обладающий многофункциональными возможностями и системой питания от ТСН преобразователя, устройство ввода преобразователя и первичные сенсоры, обозначающие режимы работы преобразователя.

Микропроцессор служит для формирования сигналов управления инвертором в зависимости от обозначенного алгоритма работы. Он служит для обработки сведений, собранных с датчиков напряжения и тока. Микропроцессор формирует сигналы для управления защитами и аварийными кнопками управления, корректирует алгоритм управления.

Для передачи сведений и связи используется оптоволоконный кабель. Для бесперебойной работы имеется независимый встроенный источник питания. Редактирование параметров выполняется пультом дистанционного управления.

Для надежного отключения и безопасного проведения различного рода работ преобразователь оборудован линейным разъединителем.

Рис. №5 Обобщенная схема ячейки преобразователя

Источники управляемого переменного напряжения формируют фазу напряжения для выполнения их последовательного соединения. Выходная схема питающей сети асинхронного двигателя происходит по схеме соединения обмоток «Звезда». Напряжение в трехфазном инверторе распределяется по схеме.

Рис. №6 Схема распределения напряжения в инверторе на три фазы.

Частотные преобразователи для однофазного асинхронного электродвигателя

Использование малогабаритных частотных преобразователей применяется при управлении скоростью вращения однофазных двигателей, применяемых в конструкциях бытовых устройств и для производства технологических процессов. Подробней про регулирование однофазного асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя смотрите здесь.

Частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя будет необычайно актуальным в схемах управления такими приборами, как кондиционеры воздуха, холодильные камеры, электрические вентиляторы, насосы, все оборудование с использованием асинхронных электродвигателей.

Особенности использования регуляторов скорости для однофазных электродвигателей

В конструкцию частотного регулятора входит несколько элементов, обеспечивающих эффективность работы устройства, к ним относятся:

1. Встроенный конвертер интерфейсов RS485 (работает опционно);
2. Встроенный ПЛК контроллер;
3. Встроенный ПИД-регулятор (формирует сигнал для управления устройством).

К преимущественным особенностям использования регуляторов скорости относятся инновационные технологии векторного управления. Значительная энергосберегающая эффективность – это функция, которая обеспечивается в автоматическом режиме. Управление регулятором скорости можно выполнять с помощью дистанционного пульта управления, минимальное расстояние для управления 5м.

Важно: в конструкции преобразователя частоты предусмотрена возможность автоматически регулировать выходное напряжение.

Популярные модели регуляторов скорости для однофазного двигателя

Среди многообразия устройств, выполняющих функцию управления электродвигателем, существуют две основные разновидности моделей регуляторов оборотов. Это электронные тиристорные однофазные регуляторы скорости, которые работают за счет плавного изменения напряжения питания. Вторая разновидность моделей регуляторов оборотов – трансформаторный однофазный регулятор скорости. Его работа заключается в изменении положения трехступенчатого кулачкового переключателя, с помощью которого происходит изменение комбинации переключения обмоток.

Частотное управление регулированием скоростью асинхронного электродвигателя в наше время является техническим стандартом. Использование частотного регулятора вытеснило очень многие способы управления. Симметричное и несимметричное управление напряжением и использование добавочных сопротивлений, изменение числа пар полюсов ушли в прошлое.

Регулятор оборотов электродвигателя 380 В Lenze SMD предназначен для управления скоростью асинхронного трехфазного двигателя. Например, насоса, привода станка, вентилятора, привода конвейера.

Применение преобразователя частоты Lenze SMD позволит снизить расходы на электроэнергию, повысить качество выпускаемой продукции и увеличить срок службы электродвигателя.

Отличительной особенностью частотника Lenze SMD является его простота – всего три кнопки для программирования и управления. Количество дискретных входов минимально – 4 шт. Компактные размеры позволяют монтировать преобразователь в шкаф небольшого размера.

Основные особенности регулятора оборотов электродвигателя 380 В:

• Сделан в США;
• Выходная частота до 1000 Гц;
• Компактные размеры;
• Свободно программируемый аналоговый вход (0-10 В, 0-20 мА, 4-20 мА);
• Частота коммутации 4, 6, 8 и 10 кГц;
• 1 непрограммируемый цифровой вход (пуск – стоп);
• 3 программируемых цифровых входа;
• ПИ-регулятор;
• S-кривая;
• Протокол RS-485 (Modbus-RTU);
• Функции защиты: от перегрузки по току, перенапряжению, от низкого напряжения, обрыва фаз, заклинивания вала двигателя;
• Торможение постоянным током;

Спецификация ESMD552L4TXA / ESMD552L4TXA513
Максимальная мощность электродвигателя:	5,5 кВт
Номинальный выходной ток:	12,4 А
Напряжение питания:	3*380B
Выходное напряжение:	3*380B
Габариты, мм	В146 х Ш114 х Г171
Вес:	2 кг

Скачать Инструкция Lenze SMD ESMD552L4TXA

Асинхронные двигатели нашли широкое применение в сельском хозяйстве в различных станках, системах вентиляции, насосах: как показывает практика, во всех бытовых приборах, где необходимо регулировать скорость вращения. С этими задачами успешно может справиться частотный регулятор для асинхронного двигателя. Такие устройства имеют свою специфику и отличия друг от друга.

Функции и варианты регулировки

Несколько лет назад для изменения частоты оборотов использовались реле и простейшие выключатели, с помощью которых можно было только запустить двигатель без плавного пуска и увеличить обороты на максимум. Но это было не совсем удобно. Например, вентилятор, который стоит в вытяжке, работал на максимальных оборотах, а если в вытяжке не было нужды, то его просто отключали. Сейчас же появилась возможность регулировки оборотов с помощью частотного регулятора, и обороты вентилятора можно изменять в зависимости от потребности.

При помощи регуляторов возможно понизить негативные воздействия, что продлит срок службы двигателя, а также значительно сэкономит потребляемую электроэнергию и снизит шумы, которые проявляется на максимальных оборотах. Это высоко ценится в вытяжках кухни и ванной комнате.

Существует несколько видов регулирования оборотов как асинхронного, так и коллекторного типа:

• Регулировка при помощи подачи повышенного или пониженного напряжения, в основу которой входят трансформаторы и блок питания с регулировкой выходного напряжения.
• При помощи переключения обмотки.
• Регулировка тока, изменяя частоту.
• Использование электронного коммутатора.

Что касается первого пункта, это довольно бюджетный тип регулировки, с помощью которой можно плавно или ступенчато регулировать скорость вращения вала. Одним из лучших вариантов является частотная регулировка оборотов, позволяющая регулировать скорость в довольно широком диапазоне.

Разновидности регуляторов

Существует большое количество регуляторов для однофазных и трехфазных двигателей. У тех и других есть свои достоинства и недостатки:

• Тиристорные.
• Симисторные.
• Частотные преобразователи.

Регуляторы, собранные на базе тиристоров — довольно неплохой выбор. Они содержат различные виды защиты: от перегрева, перепадов напряжения. К достоинствам этого типа регуляторов можно отнести сравнительно невысокую цену, а также малый вес и размеры. Но существуют и недостатки, в число которых входят треск, шум и рывки при запуске.

Симисторные устройства более универсальны по сравнению с тиристорными. Они позволяют управлять скоростью сразу нескольких двигателей, поддерживают работу как с постоянным током, так и с переменным, шумовые проявления сведены к минимуму. Симисторный регулятор считается одним из наиболее приемлемых по цене и качеству.

Частотный регулятор используется для изменения выходного напряжения от 0 до 500В. Чем выше напряжение на выходе, тем выше число оборотов. Такой тип регулировки используется для трехфазных двигателей, напряжения которых составляет 380 вольт — например, в системах кондиционирования, вентиляторах проветривания.

Если мощность моторов велика, от 100 и до 500 кВт, то используется трансформаторный тип. Благодаря такой регулировке возможен плавный пуск электродвигателя и ступенчатое изменение скорости вращения вала, а также управление сразу несколькими мощными устройствами в автоматическом режиме.

Частотный регулятор появился не так давно. Поскольку в основу этого устройства входили дорогостоящие силовые транзисторы и модули высокого напряжения, из-за этого цена была необоснованно завышена. Но благодаря новейшим разработкам цена значительно снизилась, что дало возможность приобретать устройство без проблем.

Спустя некоторое время прилавки в магазинах были заполнены сварочными аппаратами инверторного типа, кондиционерами и частотными преобразователями.

В данный момент регуляторы скорости вращения асинхронного электродвигателя пользуются довольно высоким спросом. Пожалуй, это самый лучший вариант для регулировки оборотов асинхронного двигателя.

Частотники, собранные на базе мощных полупроводниковых транзисторов, оказывают непосредственное влияние на скорость вращения.

Но существует один нюанс: при уменьшении частоты падает и перегрузочная способность, что ведет к снижению напряжения. Поэтому на частотный регулятор необходимо подавать повышенное напряжение. При этом все зависит от конструктивных особенностей. Если регулировку нужно выполнить на электромоторе, на вал которого действует непостоянная механическая нагрузка, при уменьшении частоты напряжение будет увеличиваться.

Если необходимо произвести регулировку на электродвигателе с постоянной мощностью, увеличение напряжения производится пропорционально квадратному корню падения частоты. Частотный преобразователь является оптимальным выбором для регулировки скорости асинхронного двигателя.

Однофазные преобразователи

Существуют частотные преобразователи для регулировки частоты вращения однофазного двигателя. В наше время этот тип преобразователей используется крайне редко. Их производством занимается фирма INVERTEK DRIVERS. Производитель выпустил специальную модель Optidrive E2. Для запуска и регулировки частоты вращения асинхронного двигателя используется специальный алгоритм. В этом устройстве возможна регулировка частоты в сторону ее увеличение, но в ограниченном диапазоне. В выходных каскадах используются мостовая схема подключения и четыре мощных IGBT транзистора.

Цена из-за ограниченного товарооборота довольно высока, но устройство стоит того, потому что имеет неоспоримые преимущества. К ним относятся: интеллектуальное управление, двигатель работает стабильно, без рывков и резкого старта.

Имеется возможность подключить датчики (температуры, скорости, коммуникации с устройством), что позволяет просматривать различную информацию о работе двигателя.

Для продления работы асинхронного двигателя рекомендуется использовать частотные регуляторы, которые не только продлят срок службы электродвигателя, но и защитят его от перегрева.