Что такое частотные преобразователи для асинхронных двигателей

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

2 commentsПринцип работы 11 сентября, 2018

До появления частотных преобразователей на рынке современной энергетики, электромонтёрам приходилось применять для подключения асинхронного двигателя стартовый или фазосдвигающий конденсатор большой ёмкости.

Двигатель при этом работал, но существенно терял мощность. Также, применение конденсаторов сильно разогревало обмотки двигателя, что сильно снижало его ресурс работы, и двигатели часто приходилось «перематывать». Учитывая, что обмотки асинхронного двигателя делаются из медной проволоки, то такие ремонты приносили большой ущерб.

Так как асинхронный двигатель является составной частью почти каждого современного привода, то вопрос создания частотного регулирования вставал на особый уровень. И вот, частотники уже повсеместно применяются для подключения электрического двигателя к сети и его управление.

По сути, частотный инвертор, это прибор, изменяющий частоту поданного на обмотки напряжения с ШИМ-регулированием. Благодаря частотнику, получилось подключить асинхронный двигатель к сети без ущерба его ресурсу, без перегрева, и ещё дать массу возможностей по управлению скоростью вращения вала.

Также, применяя различные интерфейсы передачи данных и команд, применение частотников позволило объединить все приводы большого предприятия в одно диспетчерскую систему управления и контроля параметров.

В мир современной автоматизации технологических процессов, это весомый аргумент.

Устройство частотных преобразователей

Современный частотный инвертер состоит из двух принципиальных блоков. Первый блок полностью сглаживает напряжение и на выходе выдаёт постоянное. Постоянное напряжение подаётся на силовой блок генерации частоты. После преобразования, на выходе из второго блока частота напряжения уже будет такая, какая задана настройкой.

За возможность изменять частоту напряжения отвечает микропроцессор, который встроен в частотник. Используя заданную программу, процессор следит за выходной частотой напряжения, а также за параметрами работы электрического двигателя.

По сути, частотные преобразователи для асинхронных двигателей принцип работы которых заключён в простом вырабатывании нужной частоты переменного тока, это модуляторы нужной природы напряжения, которая необходима для того или иного оборудования. Именно это и снизило негативное влияние на работу электрического двигателя, которое имело место быть при использовании конденсатов.

Электрический двигатель получает именно такое напряжение, которое положено ему для нормальной и полноценной работы.

Считаем нужным отметить, что и при наличии линии трёхфазного напряжения, не всегда рационально подключать электрический двигатель к сети просто через выключатель. В таком случае, двигатель будет работать, но регулировать его работу не получится. Не получится и следить за состоянием обмоток.

В промышленном исполнении можно встретить два основных типа частотных преобразователей:

• Специальные.
• Универсальные.

Специальный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, схема которого несколько отличается от универсального, изготавливается под конкретное оборудование по конкретным потребностям. Как правило, это очень урезанные версии, не способные на работу с любым оборудованием.

Универсальные частотные инвертера могут работать, как и в специальном оборудовании, так и во всех остальных вариантах применения. На то они и универсальные, что их можно настраивать и программировать под любые нужды.

Поэтому, выбор частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен быть не столько продиктован конкретными необходимостями производства, но и возможностью модернизации оборудования.

Практически во всех частотниках сегодня реализована возможность установки и контроля режима работы электрического двигателя с пульта управления. Первый интерфейс управления встроен в сам корпус частотника. Там же есть и ручка регулирования скорости вращения двигателя.

Но можно и применять выносные пульты управления. Которые можно располагать как в диспетчерской, так и непосредственно на станке, который приводится в движение электрическим двигателем.
Такое чаще встречается в ситуациях, когда станок с двигателем находится в помещении, где не рекомендуется установка частотного инвертора. И его устанавливают вдали от оборудования.

Большая часть инвертеров частоты позволяют программировать работу оборудования. Но, задать программу просто с пульта управления не получится. Для этого используется интерфейс передачи данных и настройки, который, при помощи компьютера позволяет задать нужную программу работы.

Разница типов сигналов управления

При проектировании цеха очень важно учитывать, что общение частотных преобразователей с диспетчерским пультом будет происходить при помощи электрических импульсов по проводам связи. Пи этом, не стоит забывать, что разные стандарты связи по-разному влияют друг на друга. Посему, переда данных одним способом, может существенно снижать качество передачи данных другим способом.
Поэтому, расчет частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен производиться не только по его электротехническим показателям, но и по показателям совместимости с сетью.

Выбор мощности частотного преобразователя

Вопрос мощности частотника, скорее всего, стоит на первом плане, при расчете привода для любого станка или агрегата. Дело в том, что большинство частотных инвертеров способны выдерживать большие перегрузки до 200 – 300 %. Но, это совсем не означает, что для питания электрического двигателя можно смело покупать частотник сегментом ниже, чем требуется по планированию.

Выбор мощности частотного преобразователя осуществляется с обязательным запасом в 20 – 30%. Игнорирование этого правила может повлечь за собой выход из строя частотного преобразователя и простой оборудования.

Также важно учитывать пиковые нагрузки, которые может выдерживать частотник. Дело в том, что при старте электрического двигателя его пусковые токи могут сильно превышать номинальные. В некоторых случаях, пусковой ток превышает номинальный в шесть раз! Частотик должен быть рассчитан на такие изменения.

Каждый электрический двигатель оборудован вентилятором охлаждения. Это лопасти, которые установлены в задней части двигателя и по мере вращения вала прогоняют через корпус мотора воздух.

Если электрический двигатель работает на пониженных оборотах, то мощности потока воздуха может не хватить для охлаждения.

В этом случае, нужно выбирать частотник с датчиками температуры двигателя. Или организовать дополнительное охлаждение.

Электромагнитная совместимость преобразователей частоты

При расчёте и подключении частотника к сети и электрическому двигателю, следует помнить, что он очень подвержен помехам. Также, преобразователь частоты может и сам стать источником помех для другого оборудования. Именно поэтому, все подключения к частотнику и от него выполняются экранированными кабелями и выдерживанием дистанции в 10 см друг от друга.

По своей сути, применение частного преобразователя для питания асинхронного электрического двигателя позволило существенно продлить жизнь электрического двигателя, дало возможность регулировать работу двигателя и хорошо экономить на расходе электрической энергии.

Выбор Преобразователи частоты. Основы выбора и подбора частотники для электродвигателя

Все многообразие применения в современном производстве, строительстве, и жизнедеятельности человека электродвигателей сложно оценить. Количество самого распространённого — асинхронного двигателя доходит до 70-80 % от общего числа электроприводов в целом.

Асинхронный двигатель обладает рядом положительных сторон — простотой изготовления, относительной дешевизной, высокими эксплуатационными параметрами, при отсутствии необходимости в регулировании оборотов – «прямое включение в сеть» что в целом и дало такое широкое распространение данных двигателей.

Однако есть у асинхронного двигателя и ряд технических ограничений – малый пусковой момент, значительные пусковые токи (порядка 7In, до 12In при тяжелых условиях пуска), технические сложности с регулировкой скорости вращения.

Всех выше перечисленных «болезней» асинхронного привода возможно избежать, питая привод от частотного преобразователя. Современная номенклатура преобразователей перекрывает весь модельный ряд асинхронных двигателей (от 0,18 кВт до 630 кВт 0,4 кВ).

При этом выбор частотного преобразователя как, казалось бы, из простой задачи для проектировщика, может превратится в сложную практически неразрешимую задачу, если не учитывать ряд нюансов на этапе выбора частотного преобразователя.

Идеальным вариантом выбора преобразователя является применение специализированного софта (аналог ПО SIEMENS «SIZER») Данный софт сводит к минимуму ошибки при выборе ЧП, при этом проектант должен обладать огромной базой знаний, и целым списком параметров работы каждого конкретного привода от Заказчика (что в ряде случаев сам Заказчик дать не может).

Поэтому перед инженером или проектантом стоит задача, решение которой в целом ложится на его плечи, и процент неточности (погрешности) можно свести к минимуму, зная базовые характеристики привода.

Ставя перед собой задачу выбора частотного преобразователя первым делом нужно определится с конкретной задачей, для которой будет предназначен данный привод (вентиляция, компрессор, подъемно-крановое хозяйство, мешалки, дробилки и т.д.) Зная тип нагрузки можно условно определить «легкий» или «тяжелый» пуск у данного двигателя. (условно «легкий» или «нормальный» пуск – пуск до 3 сек, и ограничение тока до200% In, «тяжелый» и «особо тяжелый» пуск – пуск от 20 до 40 сек, и ограничение тока на время запуска до 350% от In) Зная данный параметр можно определить необходимость перегрузочной способности по току у частотного преобразователя, которая как правило, достигает 150% и дается на 60 сек и 3-5 сек, достигая величины 200 %

Исходя из мощности электропривода для начала можно косвенно определить номинальную мощность необходимого частотного преобразователя (мощность преобразователя должна быть равна, а в некоторых случаях и на ступень выше мощности самого привода). Основным критерием при выборе преобразователя является ток потребляемый двигателем. По международным правилам мощность, указанная на шильдике двигателя – эта паспортная мощность, развиваемая двигателем на валу, а не электрическая мощность, потребляемая из сети.

Необходимо обращать внимание на КПД самого двигателя его соs φ. Потребляемая суммарная мощность будет всегда выше мощности на валу, за счет потерь, и суммы потребления активной и реактивной энергий.

При подборе преобразователя возможен случай когда по мощности подбор возможен, а по току параметр не проходит, допускается выбор частотного преобразователя на ступень выше. Выбор преобразователя на несколько порядков выше чреват случаем, когда двигатель выйдет на рабочий режим, но защиты по току не будут обеспеченны, так как для более мощного преобразователя слаботочная нагрузка не будет индикатором перегрузки, заклинивая, холостого хода и т.д. Для двигателей мощностью от 0,18 до 3 кВт включительно, возможно выбрать одно или трехфазный частотный преобразователь по питанию от сети.

Особо следует уделять внимание на необходимость поддержания постоянного момента, или точности позиционирования (важно в краново – лифтовом хозяйстве) поддержание постоянного момента на низких скоростях (начиная с 0 и до 5-7 Гц) И тут на первый план выходит метод работы (управления) частотного преобразователя – векторный или скалярный. Практически все насосы, вентиляторы компрессоры не требуют особо точного поддержания момента (более важна частота вращения двигателя) нет необходимости поддерживать постоянные обороты на низких частотах (порядка 10-15Гц) Для всех этих задач подойдут частотные преобразователи скалярного метода регулирования.

Для более точного позиционирования, поддержания постоянного момента, или заданной скорости, с возможностью подключения энкодеров и т.д. необходимо выбирать преобразователи со скалярным принципом управления.

Выбор дополнительных аксессуаров так же требует внимательного и всестороннего изучения. Ряд опций не включается в базовую поставку преобразователя дабы не увеличивать без надобности стоимость преобразователя.

Такие опции как тормозной модуль заказывают только при необходимости быстрой остановки больших маховых масс, модуль подключения к промышленным сетям (PROFIBUS, MODBUS, Profinet, EtherNet, CAN и т.д.) Наличие установленной или выносной панели управления (базовой или с расширенным функциями), плата расширения входов-выходов (как цифровых, так и дискретных)

Все перечисленное позволит инженеру или проектанту зная минимальный набор исходных данных, при выборе частотного преобразователя свети к минимуму возможные неточности, и правильно подобрать преобразователь с необходимыми функциональными опциями для реализации всех запросов Заказчика.

Частотные преобразователи тока

• Классификация преобразователей частоты для асинхронного двигателя
• Как работает преобразователь частоты для асинхронного двигателя?
• Где применяются приборы?
• Схема подключения частотников

Мощные асинхронные двигатели активно используются во многих промышленных отраслях. Для обеспечения плавного запуска таких механизмов применяются частотные преобразователи тока. Эти приборы осуществляют контроль показателей пусковых токов и преобразуют входные сетевые параметры в выходные.

Классификация преобразователей частоты для асинхронного двигателя

Различают несколько разновидностей таких устройств.

1. По типу напряжения частотники подразделяются на:
   • однофазные;
   • трехфазные;
   • высоковольтные.
2. В зависимости от области использования устройства делятся на:
   • Механизмы, предназначенные для эксплуатации на промышленных предприятиях. Мощность частотников этого вида достигает 315 кВт.
   • Устройства с векторным управлением. Их мощность может составлять до 500 кВт.
   • Частотные преобразователи тока, предназначенные для управления приборами, которые имеют насосно-вентиляторный тип нагрузки.
   • Устройства, используемые на подъемных кранах и прочих механизмах такого типа.
   • Преобразователи частоты, эксплуатируемые в условиях взрывоопасности.
   • Устройства, которые устанавливаются непосредственно на двигатель.

Как работает преобразователь частоты для асинхронного двигателя?

В основе устройства — инвертор с двойным преобразованием. Он функционирует следующим образом:

• Вначале осуществляется прохождение входного переменного тока с 380 или 220 Вольт через диодный мост, после чего происходит его выпрямление.
• Затем производится его подача на группу конденсаторов. Там он сглаживается и фильтруется.
• После этого ток переходит на управляющие микросхемы и мостовые ключи. Там формируется трехфазная широтно-импульсная последовательность с определенными параметрами.
• На заключительном этапе под воздействием индуктивности обмоток осуществляется преобразование созданных импульсов прямоугольной формы в синусоидальное напряжение.

Схематично принцип работы устройства представлен на картинке:

Где применяются приборы?

Область использования частотных преобразователей весьма обширна. Они применяются в промышленных приборах, для корректной работы которых требуется менять скорость вращения однофазного и трехфазного двигателя, предпринимать меры по борьбе с амплитудными токами и т. д. Среди таких механизмов можно выделить насосы (снижается энергопотребление до 60%, уменьшаются теплопотери до 10%, минимизируется количество аварийных ситуаций на трубопроводах), вентиляторы (уменьшаются энерготраты), транспортеры (обеспечивается плавный запуск устройств, что увеличивать их эксплуатационный ресурс) и т. д. Использование частотников оправдано в работе лифтового оборудования и подъемной техники. В данном случае преобразователи позволяют снизить пусковые и остановочные перегрузки.

Схема подключения частотников

Настройка прибора в данном случае означает подведение кабелей к видимым контактам электродвигателя. Соединение определяется характером напряжения, которое вырабатывается преобразователем частоты. Если сеть трехфазная, осуществляется параллельное подсоединение или схема «звезда». В однофазных сетях используется схема «треугольник».

Пульт управления устройством размещается в наиболее удобном пользователю месте. Перед выполнением подключения рычаг необходимо перевести в положение «выключено». Затем загорается лампочка-индикатор. Для запуска устройства необходимо нажать на пусковую кнопку. Чтобы обороты набирались плавно, нужно аккуратно повернуть рукоятку пульта.

Пример подключения устройства вы можете увидеть на этом видео:

В нашей компании вы можете купить преобразователь частоты для асинхронного двигателя по стоимости, не включающей наценок посредников. Мы открыты для сотрудничества с оптовыми покупателями и предоставляем крупным заказчикам индивидуальные скидки и бесплатную доставку.

Чтобы уточнить цену частотного преобразователя тока малой мощности для однофазного двигателя, обращайтесь по телефонам: +7 (495) 799-8200 (многоканальный для Москвы и МО), +7 (800) 600-4909 (бесплатный для всех регионов РФ).

Цены и другая информация, указанная на сайте, носит ознакомительный характер. Для ее уточнения свяжитесь с нашими специалистами любым удобным для Вас способом

Применение преобразователей частоты в подъемно-транспортном оборудовании (ПТО)

В подъемно-транспортном оборудовании (все виды кранов, тельферы, кран-балки) для перемещения устройства захвата, подъема и опускания грузов используются несколько типов электродвигателей. Это двигатели с фазным ротором, двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Рассмотрим особенности использования всех выше перечисленных двигателей в различных механизмах кранов.

В моторах с фазным ротором используется реостатный пуск. За счет наличия сопротивления в цепи ротора пусковые токи имеют небольшие значения. Разгон двигателей происходит с помощью специального реле времени. Недостатками такого типа двигателей являются отсутствие возможности плавной регулировки скорости, большие габариты, значительное тепловыделение резисторов, большое количество контактной аппаратуры, которая со временем требует обслуживания.

Двигатели постоянного тока используются в тех случаях, когда нужен плавный подъем груза и точное регулирование скорости вращения вала мотора. В этом случае скорость регулируется с помощью тиристорного преобразователя. Общие недостатки двигателя этого типа – большая масса и стоимость самого мотора, сложность конструкции, необходимость в регулярном обслуживании щеточного узла мотора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют много достоинств, в частности к ним относятся надежность в эксплуатации, простота конструкции и отсутствие необходимости регулярного обслуживания. Общим недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи, которые в 6-7 раз превышают номинальные.

Внедрение преобразователей частоты (ПЧ) для питания и управления асинхроннымидвигателями с короткозамкнутым ротором позволяет более эффективно регулировать скорость вращения электродвигателей, значительно снизить их пусковые токи и потребление электроэнергии. Эти особенности привели к постепенному вытеснению из использования двигателей постоянного тока и двигателей с фазным ротором в качестве приводов в подъемно-транспортном оборудовании и их замене на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, управляемые преобразователем частоты. Применение частотных преобразователей в механизмах кранов позволяет регулировать скорость подъема груза, перемещения самого крана или тележки в процессе работы, улучшает эксплуатационные характеристики кранов, снижает затраты и упрощает техническую эксплуатацию оборудования.

Преобразователи частоты, применяемые в крановом оборудовании, должны обеспечивать динамичную работу привода и поддерживать требуемый момент на валу двигателя даже при низких частотах вращения. Так как все электродвигатели монтируются непосредственно на конструкциях кранов, подверженных вибрациям, частотные преобразователи должны быть виброустойчивы. Кроме того, ПЧ должны иметь высокую перегрузочную способность, возможность работы в широком диапазоне температур. Всем эти требованиям соответствуют векторные преобразователи частоты ERMAN, их использования для управления приводами в подъемно-транспортном оборудовании позволяет решать следующие характерные задачи.

Организация простой системы управления приводами.

Для управления преобразователем частоты используются стандартные аналоговые и дискретные сигналы, а также последовательный интерфейс RS485 с типовым протоколом информационного обмена MODBUS, используя который все ПЧ можно объединить в одну сеть.

Плавное увеличение, уменьшение и программируемое изменение скорости механизмов крана.

Алгоритм разгона, торможения и программируемого изменения скорости прописывается в самих частотных преобразователях исходя из технологических требований. Это позволяет значительно снизить ударные и механические нагрузки на конструкцию крана.

Управление электромеханическим тормозом.

ПЧ управляет электромеханическим тормозом двигателя и другим сопряженным оборудованием посредством дискретных и релейных выходов Преобразователи частоты ERMAN для кранового и подъемно-транспортного оборудования зарекомендовали себя самым наилучшим образом. На все частотные преобразователи ERMAN предоставляется гарантия 18 месяцев, при этом мы осуществляем сервисную и техническую поддержку наших клиентов в течение всего срока эксплуатации выпускаемой нами продукции.

Для подбора преобразователя частоты для вашего ПТО заполните форму «Получить коммерческое предложение».