Tkkastur.ru

Авто Бан
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Применение частотных преобразователей

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.

  • 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.

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

Частотные преобразователи. Работа и устройство. Типы и применение

Ротор электродвигателя начинает свое вращение с помощью электромагнитных сил от вращающегося магнитного поля, вызванного обмоткой якоря. Число оборотов определяется частотой тока в сети. Стандартное значение частоты тока составляет 50 герц. Это означает, что 50 периодов колебаний совершается за 1 секунду. В минуту число колебаний составит 50 х 60 = 3000. Значит, ротор будет вращаться 3000 оборотов в минуту.

Если научиться изменять частоту тока, то появится возможность регулировки скорости двигателя. Именно по этому принципу действуют частотные преобразователи.

Современное исполнение преобразователей частоты выглядит в виде высокотехнологичного устройства, состоящего из полупроводниковых приборов, совместно с микроконтроллером электронной системы. С помощью этой системы управления изменяются важные параметры электродвигателя, например, число оборотов.

Изменить скорость привода можно и с помощью механического редуктора шестеренчатого типа, либо на основе вариатора. Но такие механизмы имеют громоздкую конструкцию, их нужно обслуживать. С использованием частотника (инвертора) снижается расход на техническое обслуживание, повышается функциональность привода механизма.

По конструктивным особенностям частотные преобразователи делятся:

  • Индукционные.
  • Электронные.

Электродвигатели асинхронного типа с фазным ротором, подключенные в режим генератора, представляют подобие индукционного частотного преобразователя. Они имеют малые КПД и эффективность. В связи с этим такие виды преобразователей не нашли популярности в использовании.

Читайте так же:
Регулировка фар у cfmoto

Электронные виды частотников дают возможность плавного изменения оборотов электродвигателей.

При этом реализуются два возможных принципа управления:

  1. По определенной зависимости скорости от частоты тока.
  2. По способу векторного управления.

Первый принцип самый простой, но не совершенный. Второй принцип применяется для точного изменения оборотов двигателя.

Конструктивные особенности

Chastotnye preobrazovateli skhema 1

Рис. 1

Частотные преобразователи имеют в составе основные модули:
  • Выпрямитель.
  • Фильтр напряжения.
  • Инверторный узел.
  • Микропроцессорная система.

Все модули связаны между собой. Действие выходного каскада (инвертора) контролирует блок управления, с помощью которого меняются свойства переменного тока. Частотный преобразователь для электромотора имеет свои особенности. В его состав входит несколько защит, управление которыми осуществляется микроконтроллером. Например, проверяется температура полупроводников, работает защита от превышения тока и короткого замыкания. Частотник подключается к сети питания через устройства защиты. Для запуска электродвигателя не нужен магнитный пускатель.

Выпрямитель

Это первый модуль, по которому проходит ток. Он преобразует переменный ток в постоянный, благодаря полупроводниковым диодам. Особенностью частотника является возможность его питания от однофазной сети. Разница в конструкции состоит в разных типах выпрямителей.

Если мы говорим про однофазный частотник для двигателя, то нужно использовать в выпрямителе четыре диода по мостовой схеме. При трехфазном питании выбирается схема из шести диодов. В итоге получается выпрямление переменного тока, появляется два полюса: плюс и минус.

Фильтр напряжения

Из выпрямителя выходит постоянное напряжение, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Для их сглаживания используют такие элементы, как электролитический конденсатор и катушка индуктивности.

Катушка имеет много витков, и обладает реактивным сопротивлением. Это дает возможность сглаживать импульсы тока. Конденсатор, подключенный к двум полюсам, имеет интересные характеристики. При прохождении постоянного тока он в силу закона Киргофа должен быть заменен обрывом, как будто между полюсами ничего нет. При прохождении переменного тока он должен быть проводником, то есть, не иметь сопротивления. В результате доля переменного тока замыкается и исчезает.

Инверторный модуль

Это узел, имеющий наибольшую важность в преобразователе частоты. Он изменяет параметры тока выхода, состоит из шести транзисторов. Для каждой фазы подключены по два транзистора. В каскаде инвертора применяются современные транзисторы IGBT.

Читайте так же:
Как сделать плавную регулировку сварочного тока

Если изготавливать частотные преобразователи своими руками, то необходимо выбирать элементы конструкции, исходя из мощности потребления. Поэтому нужно сразу определить тип электродвигателя, который будет питаться от частотника.

Микропроцессорная система

В самодельной конструкции не получится добиться таких параметров, имеющихся у заводских моделей, так как в домашних условиях сделать управляющий модуль сложно. Дело не в пайке деталей, а в создании программы для микроконтроллера. Простой способ – это сделать управляющий блок, которым можно регулировать обороты двигателя, осуществлять реверс, защищать двигатель от перегрева и перегрузки по току.

Чтобы изменить обороты мотора, нужно применить переменное сопротивление, подключенное к вводу микроконтроллера. Это устройство подает сигнал на микросхему, которая производит анализ изменения напряжения и сравнивает его с эталоном (5 вольт). Система действует по алгоритму, который создается до начала создания программы. По нему действует микропроцессорная система.

Приобрели большую популярность управляющие модули Siemens. Частотные преобразователи этой фирмы надежны, могут применяться для любых электродвигателей.

Принцип действия

Основа работы инвертора состоит в двойном изменении формы электрического тока.

Skhema chastotnika

Напряжение подается на блок выпрямления с мощными диодами. Они удаляют гармонические колебания, однако оставляют импульсы сигнала. Чтобы их удалить, подключен конденсатор с катушкой индуктивности, образующие фильтр, который стабилизирует форму напряжения.

Далее, сигнал идет на частотный преобразователь. Он состоит из шести мощных транзисторов с диодами, защищающими от пробоя напряжения. Ранее для таких целей применялись тиристоры, но они не обладали таким быстродействием, и создавали помехи.

Чтобы подключить режим замедления мотора, в схему устанавливают транзистор управления с резистором, который рассеивает энергию. Такой способ дает возможность удалять образуемое двигателем напряжение, чтобы защитить емкости фильтра от выхода из строя вследствие перезарядки.

Метод управления векторного типа частотой инвертора дает возможность создания схемы, которая автоматически регулирует сигнал. Для этого применяется управляющая система:
  • Амплитудная.
  • Широтно-импульсная.

Амплитудная регулировка работает на изменении напряжения входа, а ШИМ – порядка действия переключений транзисторов при постоянном напряжении на входе.

При регулировании ШИМ образуется период модуляции, когда обмотка якоря подключается по очереди к выводам выпрямителя. Так как тактовая частота генератора высокая и находится в интервале 2-15 килогерц, то в обмотке мотора, имеющего индуктивность, осуществляется сглаживание напряжения до нормальной синусоиды.

Принцип подключения ключей на транзисторах

Каждый из транзисторов включается по встречно-параллельной схеме к диоду (Рис. 1). Через цепь транзистора протекает активный ток электродвигателя, реактивная часть поступает на диоды.

Читайте так же:
Как отрегулировать регулятор давления топлива в моновпрыске
Чтобы исключить влияние помех на действие инвертора и электродвигателя, в схему подключают фильтр, который удаляет:
  • Радиопомехи.
  • Помехи от электрооборудования.

Об их образовании дает сигнал контроллер, чтобы снизить помехи, применяются экранированные провода от двигателя до выхода инвертора.

Чтобы оптимизировать точность функционирования асинхронных двигателей, в цепь управления инверторов подключают:
  • Ввод связи.
  • Контроллер.
  • Карта памяти.
  • Программа.
  • Дисплей.
  • Тормозной прерыватель с фильтром.
  • Охлаждение схемы вентилятором.
  • Прогрев двигателя.
Схемы подключения

Частотные преобразователи служат для работы в 1-фазных и 3-фазных сетях. Но если имеются промышленные источники питания на 220 вольт постоянного тока, то инверторы также можно подключать к ним.

Частотные преобразователи для 3-фазной сети рассчитаны на 380 вольт, их подают на мотор. 1-фазные частотники работают от сети 220 вольт, выдают на выходе 3 фазы. Частотник может подключаться к электродвигателю по схеме звезды или треугольника.

Обмотки мотора соединяются в «звезду» для частотника, работающего от трех фаз 380 вольт.

Chastotnye preobrazovateli skhema zvezda

Обмотки двигателя соединяют «треугольником», когда инвертор запитан от 1-фазной сети.

Chastotnye preobrazovateli skhema treugolnik

При выборе метода подключения электродвигателя к частотнику необходимо определить мощности, которые создает двигатель на разных режимах, в том числе и медленный режим, тяжелый запуск. Преобразователь частоты нельзя эксплуатировать с перегрузкой длительное время. Его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет без аварий, и срок службы продлится.

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).

Схема подключения

В реальности же, чтобы получить из частотного преобразователя 380В выход 3 фазы, нужно подключить на вход 3 фазы 380В:
Схема подключения 3-фазного частотного преобразователя к 3ф двигателю
Подключение частотника к одной фазе аналогично, за исключением подключения питающих проводов:
Схема подключения 1-фазного частотника к 3-фазному двигателю
Однофазный преобразователь частоты для двигателя с конденсатором (насоса или вентилятора малой мощности) подключается по такой схеме:
Схема подключения 1-фазного преобразователя частоты к конденсаторному двигателю
Как вы могли видеть на схемах, кроме питающих проводов и проводов к двигателю у частотника есть и другие клеммы, к ним подключаются датчики, кнопки выносного пульта управления, шины для подключения к компьютеру (чаще стандарта RS-485) и прочее. Это даёт возможность управления двигателем по тонким сигнальным проводам, что позволяет убрать частотный преобразователь в электрощит.
Клеммы частотного преобразователя для подключения датчиков, питания и двигателя

Читайте так же:
Сварочного полуавтомата регулировка тока или напряжения

Частотники – это универсальные устройства, назначение которых не только регулировка оборотов, но и защита электродвигателя от неправильных режимов работы и электропитания, а также от перегрузки. Кроме основной функции в устройствах реализуется плавный пуск приводов, что снижает износ оборудования и нагрузки на электросеть. Принцип работы и глубина настройки параметров большинства частотных преобразователей позволяет экономить электроэнергию при управлении насосами (ранее управление осуществлялось не за счет производительности насоса, а с помощью задвижек) и другим оборудованием.

На этом мы и заканчиваем рассмотрение вопроса. Надеемся, после прочтения статья вам стало понятно, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео по теме:

Конструкция

Частотные преобразователи состоят из:

  • выпрямителя — мост постоянного тока, предназначенный для преобразования переменного тока промышленной частоты в постоянный;
  • инвертора — преобразователь постоянного тока в переменный с необходимой частотой и амплитудой;
  • входных тиристоров (GTO) или транзисторов (IGBT) — питающие устройства, обеспечивающие необходимый для работы электродвигателя ток.

Чтобы улучшить форму выходного напряжения, между инвертором и мотором иногда монтируют дроссель. Уменьшить электромагнитные помехи помогает EMC-фильтр.

Частотные преобразователи

Danfoss_VLT_micro_drive_FC51
Micro Drive FC 51 0.75-18.5кВт
Встроенный ПИД-регулятор. Интерфейс RS-485 FC-Protocol, Modbus RTU
_Danfoss_VLT_micro_drive_FC102
HVAC Drive FC 102 22-45кВт
Встроенный PID-регулятор. Интерфейс RS-485 FC-Protocol, Modbus RTU

Преобразователи частоты IDS-Drive серия Z и B

preobrazovateli_chastoti_IDS_Drive_Z
IDS-Drive Z 1ф 220В AC
Встроенный PID-регулятор. Интерфейс RS-485
preobrazovateli_chastoti_IDS_Drive_Z
IDS-Drive Z 3ф 380В AC
Встроенный PID-регулятор. Интерфейс RS-485
preobrazovateli_chastoti_IDS_Drive_B
IDS-Drive B 1ф 220В AC
Встроенный PID-регулятор. Интерфейс RS-485
preobrazovateli_chastoti_IDS_Drive_B
IDS-Drive B 3ф 380В AC
Встроенный PID-регулятор. Интерфейс RS-485

Частотный преобразователь (частотник) — описание и применение

Частотный преобразователь – техническое оборудование, способное преобразовывать входные сетевые параметры (трёхфазный или однофазный переменный ток частотой 50/60 Гц) в выходные параметры на различных частотах (соответственно в трёхфазный или однофазный ток, частотой от 1 Гц до 800 Гц).

Читайте так же:
Порядок регулировки клапанов ямз 240бм к 701

Преобразователь частоты применяют для плавного запуска электродвигателя и регулирования его оборотов. Изменяя частоту и напряжение, частотник способен плавно регулировать скорость вращения асинхронного двигателя (АД). При наличии реверса, появляется возможность изменять направление вращения двигателя.

    Регуляторы оборотов подразделяются на:

Частотные преобразователи Danfoss VLT Drives

Компания Danfoss (Данфосс) предлагает широкую серию преобразователей частоты VLT: универсального, общепромышленного и специализированного применения для систем вентиляции и кондиционирования, отопления и водоснабжения.

Частотные регуляторы Danfoss VLT позволяют регулировать обороты и одновременно осуществлять защиту электродвигателя, оптимизировать энергопотребление, а так же проводить мониторинг всей системы в целом.

Преобразователи Danfoss VLT Micro Drive FC-051

Частотники Danfoss VLT серии Micro Drive FC51 являются универсальными устройствами, которые могут управлять электродвигателями переменного тока мощностью до 22 кВт. Особенностью серии FC51 являются компактные габариты, малый вес и доступные цены, при этом данные преобразователи, благодаря применению высококачественных компонентов и фирменных технических решений VLT, являются исключительно надежным.

Настройка частотного преобразователя

Для того, чтобы начать использование частотного преобразователя, его необходимо настроить, — то есть задать минимально-необходимый набор параметров:

настройка частотника

Частотник: выбор канала задания частоты

  1. Параметры двигателя — номинальные значение тока, напряжения, мощности, максимальная и минимальная частоты вращения и т.д. Обычно эти параметры указаны на шильдике двигателя или в руководстве по эксплуатации.
  2. Канал задания — способ задания необходимой частоты вращения. Как уже говорилось выше, частоту можно задать различными способами: с помощью интерфейса пользователя, цифрового интерфейса, дискретных или аналоговых входов. Эта настройка даёт частотнику понятие о том, откуда конкретно брать задание. Канал задания может меняться в процессе работы преобразователя, например можно настроить один из дискретных входов на изменение канала задания, и с помощью внешнего переключателя, подключенного к указанному входу, менять канал задания.
  3. Канал управления — определяет откуда осуществляется запуск/остановка (и некоторые другие управляющие функции) преобразователя. В качестве канала управления может быть задан интерфейс пользователя, цифровой интерфейс или дискретные входы. Канал управления, так же как и канал задания, может быть изменён в процессе работы преобразователя.
  4. Схема преобразования — алгоритм управления питающим напряжением электродвигателя. Эту настройку не рекомендуется менять неопытным пользователям, лучше оставить её по-умолчанию.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector