» » Поговорим о преобазователях частоты

Поговорим о преобазователях частоты

2-04-2017, 14:23

Поговорим о преобазователях частоты

Частотные преобразователи (они же инверторы, или в народе просто - частотники), позволяют легко регулировать скорость асинхронного электродвигателя в широких пределах. В обычных установках с вентиляторами, насосами, тележками, транспортерами и т.д. где не требуется стабилизация оборотов двигателя можно применять инверторы с режимом амплитудно-частотного регулирования. В установках, где момент на валу может резко изменяться в большом диапазоне и в тоже время требуется высокая стабильность оборотов на валу электродвигателя, применяют инверторы с векторным режимом регулирования или даже инверторы с векторный режим совместно с дополнительным датчиком скорости (энкодером). Управлять электродвигателем можно непосредственно с панели частотника (нажимая кнопочки), также можно установить отдель (на расстоянии до нескольких сот метров) несколько выключателей (или кнопок) для запуска/останова и регулируемый резистор для изменения оборотов. Такжев качестве управления можно подавать сигналы с компьютера или контроллера. Цифровое табло на частотнике может отобрать по выбору ток электродвигателя, напряжениили частоту и т.д. (перечень отображаемых функций приводится в инструкции)

На сайте предлагаются инверторы нескольких фирм на разные мощности электродвигателей, обычно от 0,4 кВт до 7,5 кВт, иногда до 22 кВт. Здесь у всех инверторы имеются  амплитудно-частотный режим регулирования.  Большинство инверторов имеют также векторный режим, и небольшая часть  имеет полный набор режимов регулирования включая и поддержку энкодеров. На этом сайте иногда появляются инверторы демонтированные с рабочих установок (в результате модернизации оборудования или даже закрытия производств в связи с переездом в регионы Азии). Такие инверторы при подготовке к продаже проверяются и тестируются, на сайте располагаются их реальные фотографии и краткое описание о состоянии. Такие инверторы будучи полностью исправными и рабочими (часто очень немного проработавшие),продаются значительно дешевле чем новые и смогут хорошо работать на новом месте (они имеют отличный показательцен/качество).

Что  такое  «частотник»  и  зачем  он  нужен.
 
Эта статья будет все время редактироваться. Ее целью я ставлю попытку объяснить сложные электротехнические процессы используя в своей терминологии минимум формул и специальных терминов. Она рассчитана для людей, чья специальность далека от тонкостей электротехники, но в силу своих обстоятельств которые задумались применить частотник.    Я попробую дать ответы на вопросы  с которыми Вы встретитесь в первые дни после того, как задумаетесь применить частотник.  Эта вещь великолепная, очень нужная, но весьма специфичная. Именно частотник значительно расширяет сферу использования асинхронных двигателей и при этом весь электропривод становится легко и удобно управляемым и контролируемым.                                                          
Прежде чем рассказывать о частотнике, я очень коротко расскажу про асинхронный электродвигатель. Потому что он и есть само блюдо, а частотник - это лишь соус к нему, но зато какой с-о-у-с!.

    Асинхронный электродвигатель (АД) на вид - это железная болванка содержащая внутри немного медного провода (обмотку статора), на которую подают напряжение и он начинает почему-то быстро вращаться. Но это только на вид, а в институте КПИ (ныне университет), шесть лет учат специалистов по электрическим машинам, и я уверен что основная часть выпускников так до конца и не понимает работу АД в различных режимах, что уж говорить о других специалистах. В этой статье не будут рассматриваться все сложности и многочисленные формулы описывающие работу АД, здесь мы рассмотрим только некоторые конкретные особенности в поведении асинхронного двигателя (АД) вообще, а также под управлением частотного преобразователя.

    Асинхронные эл.двигатели в промышленности нашли самое широкое применение и встречаются почти везде, за исключением тех случаев, когда к приводу предъявляются особые требования, которых асинхронный электропривод не в состоянии выполнить. По этой причине спроектировано и выпускается множество различных типов электродвигателей, но всех их будет объединять одно, они имеют гораздо большую сложность, а следовательно и более высокую стоимость в изготовлении  и меньшую надежность в процессе эксплуатации. Асинхронный электродвигатель очень просто устроен и состоит из статора (в пазы которого вкладывается обмотка из медного провода) и ротора, похожего на болванку. На самом деле в массивной железяке ротора есть пазы в которые залит алюминий, а по торцам алюминиевые кольца с лопатками для вентиляции воздуха внутри эл.двигателя.  Этот алюминий и является обмоткой ротора, которая на практике очень редко выходит из строя. В зависимости от применяемой изоляции медного провода и изоляции в пазах статора асинхронные двигатели разделяются на классы по нагреву, класс «В» - это допустимая температура внутри обмотки статора 130 градусов, далее идут классы С, D, Е, F, H. Класс « H »- это температура внутри обмотки более 180 градусов.
За многие годы в промышленности было выпущено много серий асинхронных двигателей, они отличаются марками стали, габаритами, видом исполнения (даже есть зависимость от территорий для их применения (в Африке круглый год жарко, в море много воды и соли и т.д.). На всех электродвигателях есть табличка с параметрами. Там указывается в первую очередь напряжение сети. По этому принципу у нас двигатели разделяются на однофазные и трехфазные. Лучшим является трехфазный, но имеют только один недостаток – не везде есть возможность подключиться к трехфазной сети. Именно по этой причине выпускаются и однофазные двигатели, но в силу своей конструкции получить синусоидальное вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре такого двигателя практически не возможно. По этому они состоят из двух обмоток, где одна обмотка рабочая, а вторая пусковая (пусковая часто остается быть включенной после пуска). На пусковую обмотку чаще всего напряжение подается через последовательно включенный конденсатор, который дает сдвиг по фазе. В таком случае суммарное поле от двух обмоток уже является эллиптически вращающимся (но по всем параметрам такое поле сильно уступает практически идеальному синусоидальному полю трехфазного двигателя). Вращающееся поле заставляет ротор вращаться, как бы увлекая его за собой. Величина емкости конденсатора зависит от того, как будет загружен двигатель и для пуска она нужна одна, для номинальной нагрузки - другая и т.д. Не правильно подобранная емкость может привести к перенапряжению как на пусковой обмотке, так на самом конденсаторе, или чрезмерно большому току пусковой обмотки, что в конечном итоге будет заканчиваться аварией. Я не буду рассказывать далее про однофазные двигатели, поскольку частотные преобразователи с ними не работают и нас они в этой статье не интересуют.

      Когда на двигатель подается переменное напряжение, то по обмотке статора протекает ток. Каждый двигатель имеет свое значение номинального тока (указывается на табличке двигателя). Именно ток протекающий по обмотке статора выделяет львиную долю тепла в эту обмотку, и если этого тепла больше чем обмотка в состоянии отдать его железу статора и далее в воздух окружающей среды, то происходит перегрев обмотки (сгорает изоляция и далее короткое замыкание, - бабах и пробки выбило, если они вообще конечно были) . Такой двигатель после этого или выбросить или отвезти на перемотку, если обмотчик умелый и грамотный и водкой не злоупотребляет. Поэтому нужно следить за тем, чтобы ток двигателя не превышал номинального значения, на практике многие годы применялись, и применяются по сей день, тепловые реле (теплушки) как минимум на двух фазах. Но очень часто эти реле стоят там только для виду, поскольку величину тока их срабатывания не регулируют, а она может намного превосходить величину номинального тока двигателя.

     Если двигатель остановлен и на него подали номинальное напряжение, то по обмотке статора протекает так называемый пусковой ток, величина которого в 5-8 раз!!! превышает номинальное значение. По этому слишком затяжной пуск, или частые пуски приводят к быстрому перегреву обмотки и аварии. Одним из лучших преобразователей по праву считается оборудование emotron.

     Величина тока статора сильно зависит от напряжения (его величины и частоты), а также от скорости вращения ротора (от нагрузки). Чем больше напряжение, тем больше ток и чем меньше частота, тем тоже больше ток. Также и с ротором, чем больше разница в скоростях ротора и вращающегося магнитного поля, тем больше ток. Именно по последней причине пусковой ток во много раз превышает номинальное значение. Нагрузочная характеристика асинхронного электродвигателя довольно таки жесткая (если колебания нагрузки изменяются от нуля и не намного превышают номинальный крутящий момент). Если же момент на нагрузке превысит так называемое максимальное критическое значение, то произойдет резкое падение скорости и сильное увеличение тока статора. В таком режиме двигатель сгорит и другого выхода у него нет (разве, что только отключить его от сети кто-то догадается). Вот и получается, что скорость вращения асинхронного электродвигателя практически не измена, если постоянными остаются параметры поданного на него напряжения (а именно частота, которая определяет скорость вращения магнитного поля внутри электродвигателя). Именно эта жесткость характеристики и ограничивала использование асинхронного электродвигателя в приводах, где требовалась регулировка скорости.  С годами полупроводниковая техника достигла таких уровней развития, что стало возможным делать преобразователи частоты компактных размеров и по приемлемым ценам. Ведь эти преобразователи делались и раньше, но с их габаритами могли состязаться только их цены. Те и другие имели ну очень внушительный вид. Я верю, что пройдут года и размеры частотных преобразователей будут настолько маленькими, что их спокойно можно будет встраивать в клемные коробки электродвигателей, но это в будущем.

      Многие не понимают разницы между моментом и мощностью:

      Момент  - это можно сказать сила, с которой ротор крутит приводимый механизм (или может крутить).  Если рассматривать электродвигатель подключенный к сети 380 Вольт и 50 Герц то видно, что ротор вращается на холостом ходу со скоростью немного меньше чем скорость вращения магнитного поля (разница этих скоростей около 1%) и никогда ее не достигнет (иначе это будет противоречить самому принципу работы асинхронного электродвигателя). Если нагрузку на валу двигателя увеличивать, то ток статора будет расти, а вот скорость будет изменяться очень мало, даже при полной 100% нагрузке скорость асинхронного электродвигателя изменится от скорости холостого хода где-то на 1% или чуть больше. Такое поведение двигателя называют жесткой механической характеристикой и она свойственная всем асинхронным двигателям. При дальнейшем увеличении нагрузки, когда момент превысит критическое значение, идет резкое падение оборотов и резкое возрастание тока статора и такой режим работы недопустим.

     Мощность – это количество работы выполненое за единицу времени (1ват  = 1 джоуль /за  1секунду). Если двигатель начинает разгоняться и на его валу будет поддерживаться постоянный момент, то мощность двигателя (полезная мощность на валу) будет линейно возрастать от « 0 » до номинального значения. В начале нуль, потому что ротор неподвижен и он не отдает никакой энергии, не взирая на наличие крутящего момента. Можно выразиться еще и так, он может отдать но пока не отдает, а вот когда начнет крутиться тогда пойдет и отдача, и чем быстрее крутимся, тем больше отдаем). Мощность еще выражается формулой, как произведение момента на скорость.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо зайти на сайт под своим именем. Или войдите с помощью одной из соц.сетей.
Комментарии (0)