Для чего используется частотный преобразователь?

Применение контроллеров Haiwell на фотоэлектрических электростанциях
2 декабря, 2017
Типы контакторов
Контактор
7 декабря, 2017
preobrazovatel'-chastoty-shema

Применение частотного преобразователя

Асинхронные трехфазные двигатели широко используются в промышленности благодаря их простому устройству, чрезвычайно высокой надежности и низкой стоимости. Скорость асинхронного трехфазного двигателя определяется двумя факторами: текущей частотой и числом полюсов. В стандартных электроприводах частота составляет постоянную величину около 50 Гц, и после ее выбора конструкция электродвигателя остается неизменной, что приводит к нелинейной скорости двигателя.

Есть также двигатели с двумя наборами обмоток со скоростями вращения до четырех, и которые не допускают плавной регулировки. Однако в некоторых отраслях часто требуется плавное регулирование частоты вращения коленчатого вала. Области, где это необходимо, чрезвычайно велики: в металлорежущих и металлообрабатывающих станках, в вилочных погрузчиках, в компрессорах, насосах, вентиляторах и во многих других областях. Для плавной регулировки скорости асинхронного электродвигателя необходим частотный преобразователь.

preobrazovatel'-chastoty-shema

Это устройство, которое преобразует непрерывное входное напряжение и частоту сетевого питания в различные напряжения и частоты. Он устанавливается между источником питания и двигателем и позволяет простому стандартному двигателю стать универсальной, модульной системой с переменной скоростью. Не следует упускать из виду и дополнительные преимущества от использования частотного преобразователя в системе.

Они очень разнообразны:

  • двигатель можно запускать плавно без увеличения пускового тока;
  • обеспечивается более эффективное динамическое торможение;
  • увеличение cosf без использования конденсаторов;
  • существенное снижение затрат на электроэнергию для двигателя с переменной нагрузкой (например, насосы и вентиляторы);
  • мы полностью контролируем работу электродвигателя – напряжение, ток, скорость вращения вала, крутящий момент, время ускорения, время торможения и т. д. Благодаря плавному режиму работы увеличивается время эксплуатации каждого компонента электрооборудования;
  • защита от перегрузки.

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователь частоты состоит из трех основных частей:

1. Выпрямитель – преобразует напряжение питания переменного тока через диодные модули в импульсное напряжение постоянного тока.

2. Постоянные фильтры – состоят из фильтрующих дросселей, конденсаторов и других типов фильтров.

3. Транзисторный инвертор. Преобразует напряжение постоянного тока в переменное напряжение ШИМ (Широтно-импульсная модуляция).

Структурная схема преобразователя частоты

рис. Структурная схема преобразователей частоты

В дополнение к вышеупомянутым силовым компонентам частотный преобразователь также имеет систему управления, выполняемую программируемым микропроцессорным контроллером, который также обеспечивает синусоидальную форму тока.

Преобразователи частоты являются скалярными и векторными, в зависимости от того, как работает электродвигатель. Метод расчета значения напряжения определяет тип инвертора. В скалярных частотных преобразователях напряжение является функцией частоты, которая рассчитывается как линейная интерполяция в нескольких контрольных точках. Пользователь использующий преобразователь частоты может определить значение этих точек. Скаляр представляет собой величину, значение которой может быть выражено одним числом. Поскольку мы изменяем одну величину, мы называем эти инверторы скалярными.

Пульт управления Bosch Rexroth fe

рис. Панель управления инвертором частоты

Для векторных преобразователей частоты пользователь должен сначала установить электрические параметры управляемого электродвигателя. Значение напряжения определяется путем моделирования переходных процессов в асинхронном двигателе.

Векторный инвертор требует от пользователя более глубокого знания теории электроприводов. Некоторые современные инверторы предварительно установили некоторые параметры настройки (макросы), чтобы упростить настройку инвертора. Скалярный инвертор также имеет хорошее качество для регулирования частоты вращения двигателя, даже если только используются заводские настройки.

Преобразователи частоты могут использоваться как для трехфазных, так и для однофазных асинхронных двигателей.

Наряду с неоспоримыми преимуществами совместно работающих частотных преобразователей с асинхронными двигателями, есть также некоторые проблемы, которые необходимо учитывать при их использовании.

Наличие более высоких гармоник на выходе частотного преобразователя

Гармонические искажения увеличивают потери стали и электрические потери в обмотках двигателя. Воздействие радиочастотных помех могут распространяться как на провода, так и на воздух. Поскольку кабели между преобразователем частоты и двигателем являются чрезвычайно мощным источником потенциальных помех, силовые и сигнальные кабели могут действовать как передающие антенны.

Это недопустимо в соответствии с директивами по электромагнитной совместимости, принятыми Европейским союзом. В стандарте IEC 61800-3: от 2004г. указаны требования, предъявляемые к приводам с точки зрения гармонического искажения, для их сертификации в Европейском Союзе.

Чтобы избежать этих проблем, можно предпринять следующие меры: установить оборудование в закрытом и правильно заземленном металлическом распределительном щите; предусмотреть фильтр для подавления радиочастотной помехи источника питания; использовать экранированные кабели, возможно, с металлической оплеткой на каждом проводе; сигнальные кабели и силовые кабели должны устанавливаться отдельно друг от друга.

Пиковые напряжения на клеммах двигателя

На выходе преобразователей с широтно-импульсной модуляцией получается напряжение с высокой несущей частотой (до 20 кГц). Когда расстояние между преобразователем частоты и двигателем превышает 20 метров, в кабеле возникает форма крутой волны, чья форма импульса может создать амплитуду первой гармоники, значительно превышающую номинальное напряжение, для которого клеммы двигателя предназначены.

Этот пик повреждает изоляцию кабеля; приводит к преждевременному старению контактов; увеличивает вибрацию вала двигателя; увеличивает нагрев катушки и снижает крутящий момент двигателя на 5%. Лабораторные исследования показывают, что первые несколько витков катушки принимают напряжение до 1,4 кВ, причем градиент увеличения du / dt настолько велик, что он превышает диэлектрическую прочность изоляции и имеет потенциал для пробоя. Чтобы избежать этой проблемы, должно быть обеспечено относительно небольшое расстояние между преобразователем частоты и двигателем, приводимым им в движение.

Перегрев асинхронного двигателя на низких скоростях

Как мы знаем, частотный преобразователь позволяет нам вращать AD практически с любой скоростью. Стандартный асинхронный двигатель сконструирован таким образом, что вращение ротора поворачивает охлаждающие лопасти, расположенные в осевом направлении на нем. Однако, когда мы сокращаем скорость двигателя ниже 50% в течение длительного периода времени, мы должны помнить, что это приводит к плохому охлаждению и, соответственно, перегреву AD.

Электроэрозия подшипников

Инвертор с биполярным транзистором с изолированным затвором IGFT приводит к очень высокой скорости увеличения импульсного напряжения du / dt > 10 кВ / с, что может привести к возникновению напряжения на валу асинхронного двигателя, что приводит к высокочастотным пульсирующим токам через подшипники двигателя и замыканию цепи через заземленный корпус, что ухудшает качество масла, вызывая искрение в подшипниках, что, в свою очередь, образует полости и приводит к увеличению вибрации.

Эта проблема наиболее выражена при достижении инвертором частот, превышающих синхронные. Если, однако, такой режим работы необходим, необходимо предусмотреть более износостойкие и быстроходные подшипники, которые должны быть электрически изолированы от асинхронного двигателя и имеют автономное охлаждение.

Вибрация двигателя

Высокочастотные гармоники создают магнитострикцию в изогнутом магните. Они также вызывают более высокие гармонические колебания напряжения в катушке ротора, которые взаимодействуют с основным магнитным потоком и создают паразитный дополнительный крутящий момент на валу. Это создает повышенный шум и вибрацию ротора. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо использовать устройства фильтрации, которые будут обсуждаться ниже в статье.

рис.схема преобразователя частоты

Устройства защиты

Дополнительные устройства защиты для преодоления проблемы регулируемых асинхронных приводов с использованием частотного преобразователя

  • Монтаж внешних фильтров, дросселей, которые ограничивают высокочастотные составляющие до стандартных значений, что значительно увеличивает срок службы двигателя.
  • Использование асинхронного двигателя с более высоким классом изоляции.
  • Использование подшипников с диэлектрическим покрытием, изолированных наружных и внутренних колец и керамических подвижных частей.
  • Использование независимого охлаждения для приводов с низкой скоростью вращения вала.
  • Установка защиты термистора от перегрева обмотки статора.
  • Использование экранированного кабеля с минимальной длиной. Это позволяет избежать эффекта перенапряжения на клеммах двигателя. Лучше всего, если преобразователь и двигатель имеют общий корпус.
  • Монтаж датчиков обратной связи, содержащих информацию о фазовом угле ротора и скорости вращения. Энкодеры управляют скоростью двигателя, положением вала, крутящим моментом и т. д.

Из того, что было сказано до сих пор, стало ясно, насколько полезными могут быть частотные преобразователи для использования профессиональными специалистами в регулируемых электроприводах.


Компания ООО “TECORP” является официальным дистрибьютором по продаже преобразователей частоты Bosch Rexroth в Днепре. Если у Вас возникли какие-либо вопросы по поводу заказа и доставки товаров, Вы всегда можете обратиться к нам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Заказать обратный звонок

×
Заказ продукции

Моторный дроссель:
25 A40 A50 A60 A110 A160 A265 A

×