Частотно-регулируемые двигатели Товаров: 5. Двигатель частотно регулируемый


Правда о пяти мифах частотно регулируемого привода.

Знание принципов работы частотно регулируемого привода (ЧРП) может упростить процесс выбора преобразователя частоты.

Автор: Пол Эйвери, Yaskawa America Inc.

Независимо от того, насколько давно и каким образом, уже обыденные частотные преобразователи пришли в Вашу жизнь, где-то есть тот, кто впервые стукнулся с ЧРП или только рассматривает возможность их применения. Вспомните, когда вы впервые задумались о применении одного из современных частотных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией для двигателя переменного тока. Скорее всего, у вас, на тот момент, было не совсем верное представление об их возможностях и назначении. В этой статье мы рассмотрим и постараемся развеять пять распространенных мифов о частотно регулируемом приводе.

Рис. 1. Частотный преобразователь

Миф № 1: Выходной сигнал частотного преобразователя является синусоидальным

Людям, так или иначе связанные с эксплуатацией электродвигателей в, как правило, знакома работа асинхронных двигателей переменного тока с использованием пускателей. При пуске электродвигателя, пускатель замыкает контакты обмоток электродвигателя с фазами 3-х фазной питающей сети. Напряжение каждой фаза представляет собой синусоидальную волну. Приложенное напряжение создает на клеммах электродвигателя тоже синусоидальной формы с той же частотой (можно убедится проверкой напряжения на клеммах электродвигателя). Пока вроде всё просто и понятно.

А вот что происходит на выходе преобразователя частоты, это совсем другая история. Частотный преобразователь обычно выпрямляет входное трехфазное переменное в постоянное напряжение, которое фильтруется и аккумулируется при помощи больших конденсаторов звена постоянного тока. Напряжение звена постоянного тока затем инвертируется, для получения переменного напряжения, переменной частоты на выходе. Процесс инверсии осуществляется посредством трех изолированных биполярных транзисторов (IGBT) с двумя изолированными затворами — по одной паре на выходную фазу (см. Рис 2). Поскольку выпрямленное напряжение инвертируется в переменное, выходное звено называют «инвертором». Включение, выключение, а также длительность нахождения IGBT-транзисторов в положении ВКЛ или ВЫКЛ может управляться, что и определяет значение частоты выходного напряжения. Отношение выходного среднеквадратического напряжения к выходной частоте определяет магнитный поток, развиваемый в электродвигателе переменного тока. Когда выходная частота увеличивается, выходное напряжение также должно увеличиваться с той же скоростью, чтобы поддерживать постоянство отношения и, следовательно, постоянную скорость вращения двигателя. Обычно соотношение между напряжением и частотой поддерживается по линейному закону, что обеспечивает возможность поддержания постоянного крутящего момента.

Рис. 2. Схема инвертора с IGBT транзисторами.

Результирующий сигнал напряжения, прикладываемый к обмотке двигателя, не является синусоидальным (см. Рис. 3). Обратите внимание, что иногда отношение напряжения по частоте (V / f) может быть отличным от линейного, что характерно для вентиляторов, насосов или центробежных нагрузок, которые не требуют постоянного крутящего момента, но обеспечивают тем самым возможность экономии электроэнергии.

Рис. 3. Форма сигнала ШИМ напряжения на выходе частотного преобразователя

Как же отразится пилообразная форма питающего напряжения на работе электродвигателя. Асинхронный двигатель является по своей сути большой катушкой индуктивности. А характерной особенностью индукции является ее устойчивость к изменениям тока. Увеличивается или уменьшается сита ток, индукция будет выступать против этого изменения. Какое же это имеет отношение к форме сигнала напряжения ШИМ на рисунке 3? Вместо того, чтобы позволить импульсу тока увеличиваться в том же порядке, что и приложенный импульс напряжения, ток начнет медленно возрастать. Когда импульс напряжения закончился, ток плавно уменьшается, а не исчезает мгновенно. В общих чертах это происходит следующим образом: до момента, когда ток снизился до нуля, поступает следующий импульс напряжения, и ток начинает плавно увеличиваться. Если последующий импульс становятся шире, ток плавно достигает большего значения, чем раньше. В конце концов, текущий сигнал становится синусоидальным, хотя и с некоторыми зубчатыми переходами (см. Рис. 4).

Рис. 4. Форма сигнала тока на выходе частотного преобразователя

Однако не думайте, что вы можете подключить свой соленоид к фазам выходного напряжения ЧРП. Это всё же не совсем переменное напряжение.

Миф № 2: все частотные преобразователи одинаковы

В общем виде частотно-регулируемый привод сегодня является довольно зрелым продуктом. Большинство коммерчески доступных приводов содержат одни и те же базовые компоненты: мостовой выпрямитель, блок питания, конденсаторный блок постоянного тока и плата выходного инвертора. Разумеется, существуют различия в алгоритмах управления переключением транзисторов IGBT инвертора, надежности компонентов и эффективности схемы теплового рассеивания. Но основные компоненты остаются прежними.

Есть также исключения. Например, в некоторых ЧРП инвертер имеет три вывода. Такая схема позволяет выходным импульсам варьироваться от половинного до полного импульса сигнала напряжения (см. Рис. 5).

Рис. 5. Трехуровневый выходной сигнал напряжения

Для достижения трехуровневого выходного сигнала звено инвертора должно иметь в два раза больше выходных переключателей, а также запирающих диодов (см. Рис. 6). Преимущества трехуровневой схемы заключается в уменьшении перенапряжения на двигателе из-за гармонических волн, снижении синфазных помех, а также снижении паразитных токов на валах и подшипниках.

Рис. 6. Схема трехуровневого инвертора

Матричный инвертор является еще более нетипичным типом ЧРП. Частотные преобразователи с матричными инверторами не имеют шины постоянного тока или мостового выпрямителя. Вместо этого они используют двунаправленные переключатели, которые могут подключать любое из входящих фазных напряжений к любой из трех выходных фаз (см. Рис. 7). Преимущество этой схемы заключается в том, что мощность может свободно протекать от сети к двигателю или от двигателя к сети для рекуперативного привода постоянного тока. Недостатком является то, что на входе необходима установка фильтра, для обеспечения дополнительной индуктивности и фильтрации формы ШИМ, чтобы исключить негативное влияние на питающую сеть.

Рис. 7. Схема матричного ЧРП

Кроме частотных преобразователей с трехуровневыми выходами и инверторами матричного типа существуют также и другие типы частотно-регулируемых приводов. Таким образом миф о том, что все частотные преобразователи одинаковые развеян.

Миф № 3: Частотный преобразователь компенсирует коэффициентом мощности.

Нередко можно увидеть, что производители частотных преобразователей заявляют значение коэффициента мощности, например, равным 0,98 или почти 1. Действительно коэффициент мощности несколько улучшается после установки ЧРП перед асинхронным двигателем. ЧРП компенсирует реактивную мощность за счет конденсаторного звена. Однако полностью компенсировать фазовый сдвиг преобразователь частоты не может.

Полный коэффициент мощности должен включать реактивную мощность, вызываемую гармониками, создаваемыми в звене постоянного тока. Причиной является работа диодного моста. Важно помнить, что диод работает только тогда, когда напряжение на стороне анода выше, чем напряжение на стороне катода (прямое смещение). Это означает, что диоды открыты только на пике каждой временной фазы как положительной, так и отрицательной частей синусоидальной волны. Это приводит к волнообразной форме волны. Это также приводит к искажению входного тока и прерыванию (см. Рис. 8).

Рис. 7. Форма сигналов после выпрямителя

Чтобы вычислить истинный полный коэффициент мощности (PF), необходимо учесть эффекты гармоник. Следующее уравнение показывает, как гармоники влияют на полный коэффициент мощности:

где THD = суммарное гармоническое искажение

Для прерывистого сигнала входного тока в уравнении THD будет находиться в районе 100% или более. Подставляя это в уравнение, получаем истинный коэффициент мощности PF ближе к 0,71, по сравнению с заявленным 0,98, который не учитывает гармоники.

Но не всё так плохо. В настоящее время существует множество способов гармонические искажения, создаваемые в звене постоянного тока. Они используют как пассивные, так и активные методы подавления искажений входного сигнала. Так, например, вышеупомянутый матричный преобразователь частоты является примером активного метода подавления гармонических искажений.

Миф № 4: С частотным преобразователем Вы можете эксплуатировать двигатель на любой скорости.

Особенность применения частотных преобразователей заключается, что они могут изменять как напряжение, так и частоту выходного сигнала. Благодаря возможности обеспечения требуемой скорости вращения электродвигателя ЧРП нашли широкое применение во всех сферах экономики и всех отраслях промышленности ЧРП может легко выдавать сигнал любой частоту в пределах предусмотренного изготовителем диапазона регулирования. Однако необходимо учитывать, что частотный преобразователь работает в составе электродвигателя в реальных условиях. Технологические требования, такие как необходимый крутящий момент, охлаждение, требуемая мощность так или иначе ограничивают фактический диапазон регулирования преобразователя частоты.

Ограничение № 1. С точки зрения охлаждения электродвигателя, низкая скорость вращения — это не очень хорошая идея. В частности, полностью закрытые вентиляторные (TEFC) двигатели имеют охлаждаются только за счет внутреннего вентилятора, который вращается вместе с валом двигателя. Чем медленнее скорость вращения двигатель, тем меньше поток воздуха и тем хуже охлаждение. Закрытые двигатели обычно не рекомендуются эксплуатировать с частотой ниже 15 Гц (диапазон скоростей 4:1).

Ограничение № 2: Электродвигатели имеют определенные ограничения диапазона скоростей, связанные с механическими и динамическими ограничениями нагрузок вращающихся частей. Обычно эта скорость называется максимальной безопасной частотой вращения. Данная характеристика не всегда указывается на шильдике мотора.

Ограничение № 3: При достижении максимальной частоты вращения крутящий момент двигателя может снижаться. Это ограничение скорости связано с ограничением мощности, которое включает в себя скорость вращения и крутящий момент. Если быть еще точнее, что будет снижаться напряжения ЧРП. Обратите внимание, что вращение двигателя также генерирует собственное напряжение, называемое обратной электродвижущей силой (ЭДС), которое увеличивается со скоростью. Обратная ЭДС создается двигателем, чтобы противостоять приложенному напряжению от ПЧ. На более высоких скоростях ПЧ должен подавать еще большее напряжения, чтобы преодолеть обратную ЭДС, и ток мог протекать по обмоткам двигателя, создавая крутящий момент. После определенного максимального значения преобразователь частоты не может преодолеть обратную ЭДС электродвигателя, и, следовательно, крутящий момент двигателя уменьшается, что, в свою очередь, снижает скорость. Снижение скорости опять приводит к более низкой обратной ЭДС, которая, в свою очередь, позволяет протекать току в двигатель снова. Существует точка равновесия, в которой двигатель достигает максимальной скорости при максимальном крутящем моменте.

Как упоминалось выше ЧРП может создавать крутящий момент на двигателе, сохраняя постоянство отношения V/f (см. Рис. 9).

Рис. 9. График зависимости напряжения от частоты.

Когда частота выходного сигнала увеличивается, напряжение увеличивается линейно. Проблема возникает, когда частота превышает номинальную частоту двигателя. Помимо номинальной частоты, не может увеличиваться выходное напряжение, что соответственно приводит к уменьшению отношения V / f. Отношение V / f является мерой напряженности магнитного поля в двигателе и влияет на его крутящий момент. Следовательно, способность мотора создавать номинальный крутящий момент при частоте выше номинальной должна уменьшаться со скоростью 1 / частота, при этом произведение крутящего момента и частоты, равное мощности, является постоянным. Область работы над номинальной частотой называется постоянным диапазоном мощности, а работа на скоростях ниже номинальной — диапазоном постоянного крутящего момента (см. Рис. 10).

Рис. 10. Графики зависимости мощности и крутящего момента электродвигателя от частоты.

Миф № 5: Входной ток преобразователя частоты выше выходного тока

Возможно, это не миф, а недоразумение. Некоторые пользователи ПЧ измеряют значение выходного и входного тока с помощью измерительного инструмента или с помощью мониторов ПЧ и обнаруживают, что входной ток намного ниже выходного. Это похоже не согласуется с идеей о том, что частотный преобразователь должен иметь некоторые потери и поэтому вход всегда должен быть немного выше, чем выход. Концепция правильная, но она учитывает мощность, а не ток, который следует учитывать:

Входное напряжение всегда находится под напряжением переменного тока. Выходное напряжение изменяется со скоростью по образцу V / f. На самом деле компоненты уравнения немного сложнее. Но ключом к пониманию данного процесса является знание того, что асинхронный двигатель имеет два токовых компонента: один отвечает за создание магнитного поля в двигателе, которое необходимо для вращения двигателя; а второй — ток, создающий крутящий момент, который, как следует из названия, отвечает за создание крутящего момента.

Привод потребляет входной ток, пропорциональный активному крутящему моменту двигателя. Ток, необходимый для создания магнитного поля, обычно не изменяется со скоростью и обеспечивается основными конденсаторами звена постоянного тока, которые заряжаются при включении питания ПЧ. При малых значения крутящего момента выходной ток может быть намного выше, чем входной, поскольку входной ток отражает только составляющую, создающую крутящий момент плюс некоторые гармоники, но не включает ток намагничивания. Ток намагничивания циркулирует между конденсаторами шины постоянного тока и двигателем. Даже при полной нагрузке входной ток обычно будет ниже, чем ток двигателя, поскольку на входе по-прежнему нет составляющей тока намагничивания.

Помните, что в уравнении мы сравниваем входную и выходную мощности. Например, рассмотрим полностью нагруженный двигатель, вращающийся на низких оборотах. Входное напряжение номинальное, а выходное напряжение будет низким из-за низкой скорости вращения. Выходной ток в данном случае будет высокий из-за полной нагрузки на двигатель. А чтобы сбалансировать уравнение мощности, входной ток должен быть ниже выходного тока.

Узнать подробную информацию о частотных преобразователях, ознакомиться с производственной линейкой YASKAWA Вы можете у нашего партнера — ООО «КоСПа»

Или в соответствующем разделе преобразователя YASKAWA

Оригинал статьи: https://www.yaskawa.com/about-us/media-center/industry-articles-display?articleId=2167778

27.07.2017

www.chastotnik.pro

Частотно-регулируемый привод | Электронмаш

Частотно-регулируемый привод представляет собой специальную систему, основным назначением которой является регулирование частоты вращения ротора синхронного или же асинхронного электрического двигателя. В состав системы входит сам двигатель, работающий на электрической энергии, и преобразователь частот.

Конструкция привода

Преобразователь частот в свою очередь представляет собой устройство, включающее в себя выпрямитель (он же мост постоянного тока), и инвертор, который также называется преобразователь. Выпрямитель преобразует переменный ток, который характеризуется наличием промышленных частот, в постоянный. Инвертор выполняет функцию преобразования постоянного тока в переменный, путем изменения значения амплитуды и частоты.

Выходные тиристоры, также входящие в систему, обеспечивают поставку нужного для обеспечения питания двигателя электричества. Для того, чтобы исключить перегруз системы производится установки специальных дросселей между преобразователем и фидером. Для снижения интенсивности электромагнитных помех в систему включен специальный фильтр.

В случае включения векторного режима управления осуществляется не только формирование гармонических колебаний значения тока или напряжения, но и обеспечивается возможность регулирования магнитного потока ротора, он же момент вала.  Другой режим управления, скалярный, предусматривает формирование гармонических токов фаз электродвигателя.

Использование частного регулируемого привода

Подобные преобразователи, предназначенные для управления работой асинхронного или синхронного двигателя, нашли свое применение в следующих системах:

  • Прокатные станки, использующиеся для производства труб, уголков, швеллеров и т.д.
  • Вакуумные турбомолекулярные насосы, которые работают при высоких оборотах, достигающих сто оборотов в минуту.
  • Автоматах для осуществления резки металла;
  • Конвейеров;
  • Электрического привода суда, обладающем высокой мощностью;
  • В металлорежущих станках, которые оснащаются ЧПУ (числовым программным управлением). В этом случае частотно регулируемый привод обеспечивает синхронизацию движения частей станка относительно сразу нескольких осей;
  • В механизмах имеющих большое количество движущихся элементов, таких как вентиляторы, мешалки, компрессоры и насосы;
  • Кондиционерах бытового назначения;
  • В стиральных машинах;
  • В дверях с автоматическим открыванием;
  • В общественном транспорте, главный привод которого работает на электрической энергии, троллейбусах, к примеру.

Установка частотно регулируемого привода на синхронный и асинхронный двигатель позволяется экономить электрическую энергии, снижая или повышая, когда это необходимо интенсивность оборотов ротора, а также стабилизировать работу двигателя в случае резкого изменения нагрузки. Помимо этого обеспечивается высокая точность регулирования и возможность проведения удаленной диагностики двигателя.

www.electronmash.ru

Частотно-регулируемые двигатели или частотно регулируемый асинхронный двигатель | асинхронный электромотор - описание, цена

Частотно-регулируемые двигатели в основном работают с различными регуляторами напряжения или магнитного потока, которые обеспечивают устойчивую работу двигателя.

Частотно-регулируемые двигатели часто работают при непрерывных изменениях частоты вращения, частоты тока и напряжения. 

Частотно-регулируемые двигатели предусмотрены в двух исполнениях. Такое разделение обусловлено тем, что часть регулируемых двигателей работает в ограниченном диапазоне частот вращения и может изготовляться с максимальным использованием узлов и деталей двигателей общего назначения, на том же оборудовании. Двигатели с широким диапазоном регулирования должны иметь увеличенный воздушный зазор и специальные штампы статора. 

Пуск частотно-регулируемых двигателей производится путем плавного изменения частоты f, что позволяет во многих случаях избежать возможности их работы при скольжениях выше критических. Поэтому при проектировании двигателя значения пускового и минимальных моментов и пускового тока обычно не задают. Это позволяет выполнить обмотку ротора с минимальным сопротивлением и, следовательно, уменьшить массу и увеличить КПД двигателя. Форма паза также может быть выбрана без учета пусковых характеристик; в ряде случаев можно отказаться от скоса пазов. 

Прайс-лист

НаименованиеМощ.кВтНапряж.Воб/минЕд.измКол-воЦенаИсп.
АДМ100S4БУ33220/3801410шт17066ф
АДЧР63A6УЗ0,18220/380860шт14100ф
АДЧР71В4 У30,75220/3801350шт16100ф
5А80МВ4БУ31,5220/3801410шт18200ф
АДЧР71В40,75220/3801410шт16100ф

bashenergocom.ru

Частотно-регулируемый привод — Мегаобучалка

Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, ЧУП, Variable Frequency Drive, VFD) — система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя. Состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя.

Частотный преобразователь (преобразователь частоты) — это устройство состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) илитранзисторы IGBT обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для исключения перегрузки преобразователя при большой длине фидера между преобразователем и фидером ставят дроссели, а для уменьшения электромагнитных помех —EMC-фильтр.

При скалярном управлении формируются гармонические токи фаз двигателя. Векторное управление — метод управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя).

Принципы построения частотного преобразователя[

С непосредственной связью[

В преобразователях с непосредственной связью частотный преобразователь представляет собой управляемыйвыпрямитель. Система управления поочерёдно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети. Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. Частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие — малый диапазон управления частотой вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

Использование незапираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя. «Резаная» синусоида на выходе преобразователя с непосредственной связью является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению КПД системы в целом.

С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока[

Наиболее широкое применение в современных частотно-регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока. В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение выпрямляется в выпрямителе, фильтруется фильтром, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению КПД и к некоторому ухудшению массо-габаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Применение ЧРП[

ЧРП применяются в:

· судовом электроприводе большой мощности

· прокатных станах (синхронная работа клетей)

· высокооборотном приводе вакуумных турбомолекулярных насосов (до 100 000 об/мин.)

· конвейерных системах

· резательных автоматах

· станках с ЧПУ — синхронизация движения сразу нескольких осей (до 32 — например в полиграфическом или упаковывающем оборудовании) (сервоприводы)

· автоматически открывающихся дверях

· мешалках, насосах, вентиляторах, компрессорах

· стиральных машинах

· бытовых инверторных сплит-системах

· на электротранспорте: электровозах, электропоездах, трамваях и троллейбусах

· в текстильной промышленности (для поддержания постоянной скорости и натяжения ткани между различными узлами машины)

· в системах позиционирования

· в системах пневмопочты (для плавного старта и торможения капсулы, например, с пробами крови в медицинских учреждениях)

Наибольший экономический эффект даёт применение ЧРП в системах вентиляции, кондиционирования и водоснабжения, где применение ЧРП стало фактически стандартом.[источник не указан 1460 дней]

Преимущества применения ЧРП[

· Высокая точность регулирования

· Экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки (то есть работы эл. двигателя с неполной нагрузкой)

· Равный максимальному пусковой момент

· Возможность удалённой диагностики привода по промышленной сети

· Распознавание выпадения фазы для входной и выходной цепей

· Учёт моточасов

· Повышенный ресурс оборудования

· Уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода из-за отсутствия регулирующего клапана

· Плавный пуск двигателя, что значительно уменьшает его износ

· ЧРП как правило содержит в себе ПИД-регулятор и может подключаться напрямую к датчику регулируемой величины (например, давления).

· Управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения

· Подхват вращающегося электродвигателя

· Стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки

· Значительное снижение акустического шума электродвигателя, (при использовании функции «Мягкая ШИМ»)

· Дополнительная экономия электроэнергии от оптимизации возбуждения эл. двигателя

· Позволяют заменить собой автоматический выключатель

megaobuchalka.ru

Частотно регулируемый электропривод

Теория электропривода

Производим и продаем частотные преобразователи:Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.):Частотники одна фаза в три:Модель Мощность ЦенаCFM110 0.25кВт 2300грнCFM110 0.37кВт 2400грнCFM110 0.55кВт 2500грнCFM210 1,0 кВт 3200грнCFM210 1,5 кВт 3400грнCFM210 2,2 кВт 4000грнCFM210 3,3 кВт 4300грнAFM210 7,5 кВт 9900грн (единственный на рынке частотник 220 в 380 мощностью 7,5кВт)

Частотники 380В три фазы в три:CFM310 4.0 кВт 6800грнCFM310 5.5 кВт 7500грнCFM310 7.5 кВт 8500грнКонтакты для заказов частотных преобразователей:+38 050 4571330chastotnik@msd.com.ua

ПЧ - преобразователь частоты

ИО - исполнительный орган

"ЧРП - частотно регулируемый электропривод

РнсД.

Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.1.).

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в

механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

На протяжении последних 10 -15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.

В настоящей статье коротко описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики.

При дальнейших рассуждениях будем говорить о трехфазном частотно регулируемом электроприводе, так как он имеет наибольшее промышленное применение.

О методах управления

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора в

установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора.

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора

в

установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения.

Частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питания.

При питании обмотки статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля определяется по известной формуле

2 П f

где - число пар полюсов статора.

Переход от скорости вращения поля, измеряемой в радианах, к частоте вращения, выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле

= —

2л!’

где 60 - коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к. п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к. п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

где - постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом

необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости - сотые доли процента, точность по моменту - единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.

О преобразователях частоты

Преобразователь частоты - это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовымиэлектронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

части

Преобразователи частоты,

применяемые в регулируемом

электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой разделяются на два класса:

1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.

2. Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).

Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью

(рис. 4.), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.

Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5. показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки. На входе преобразователя действует трехфазное синусоидальное напряжение иа, ив, ис. Выходное напряжение ивь1х имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.

«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к. п.д. системы в целом.

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),

- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,

- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.

Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 6.).

В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к. п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.

В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.

Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 - 98%).

Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 - 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей.

До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.

Тиристор является полууправляемым приборам: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Дляэтого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость, простая неэнергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Для асинхронного электропривода с векторным управлением преобразователи на IGBT позволяют работать на низких скоростях без датчика обратной связи.

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.

Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода.

На настоящий момент низковольтные преобразователи на IGBT имеют более высокую цену на единицу выходной мощности, вследствие относительной сложности производства транзисторных модулей. Однако по соотношению цена/качество, исходя из перечисленных достоинств, они явно выигрывают у тиристорных преобразователей, кроме того, на протяжении последних лет наблюдается неуклонное снижение цен на IGBT модули.

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты и при мощностях выше 1 - 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла.

Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде последовательно соединенных нескольких

Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на GBT транзисторах

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты представлена на рис. 7. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.

Переменное напряжение питающей сети (ивх.) с постоянной амплитудой и частотой (UEx = const, f^ = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (ивыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

msd.com.ua

Частотно регулируемый привод

01.06.2017

Тематика: Полезная информация

Общие сведения

 

Частотно регулируемым приводом (ЧРП) называют агрегат, осуществляющий бесступенчатое регулирование скорости вращения ротора электродвигателя, путем изменения частоты питающего напряжения. ЧРП включает в себя электродвигатель и преобразователь частоты (ПЧ).

Частотный электропривод используется во многих сферах нашей жизни. Управление электродвигателями, построенное на этом принципе, лежит в основе самых разнообразных устройств, начиная с бытовой техники (стиральные машины, пылесосы), заканчивая крупными технологическими комплексами различных отраслей промышленности.

Компания Овердрайв-Электро предлагает частотоно регулируемые приводы ABB со склада в Минске:

Устройство и принцип действия

 

Принцип, на основе которого функционирует частотный привод, использует базовое свойство вращающихся электрических машин, выраженное зависимостью параметров электромагнитного поля статора от частоты напряжения. Так, угловая скорость электромагнитного поля статора асинхронного двигателя выражается формулой:

ω0 = 2πf1/р,

где f1 - частота напряжения питания, р – число пар полюсов обмотки статора. Следовательно, осуществляя изменение частоты подаваемого напряжения, можно плавно регулировать угловую скорость вращающегося поля статора, а значит и частоту вращения ротора двигателя.

Структурная схема, представленная на рис.1 показывает, как устроен преобразователь частоты (ПЧ), работающий в составе ЧРЭП (ЧРЭП - частотно регулируемый электропривод).

Рис. 1. Схема частотного регулирования

 

Переменное сетевое напряжение Ucпромышленной частоты fc выпрямляется диодным мостом (В) и после LC – фильтра, сглаживающего пульсации, поступает на вход инвертора (И), который является ключевым узлом всего привода. 

Простой Г – образный LC – фильтр представляет собой комбинацию индуктивности (дросселя) и ёмкости (конденсатора), которые включены соответственно последовательно и параллельно нагрузке выпрямителя. Выпрямленное напряжение, кроме постоянной составляющей, содержит также переменную, имеющую вид однонаправленных пульсаций с некоторой амплитудой. Наличие высокочастотных составляющих, обусловленных пульсациями, негативно сказывается на работе электроники, поэтому частотно регулируемые электроприводы (ЧРЭП), как правило, оборудуются фильтрами подобного рода. Работает фильтр следующим образом. Индуктивность, включенная последовательно с нагрузкой, беспрепятственно пропускает постоянную составляющую тока, оказывая ей лишь незначительное активное сопротивление проводов катушки. Переменная же составляющая тока испытывает индуктивное сопротивление дросселя. При этом, в полупериод нарастания тока, дроссель индуцирует ЭДС противоположного направления. В это время происходит намагничивание сердечника, то есть накопление энергии. В этот же полупериод происходит заряд конденсатора фильтра. В полупериоде спада тока, запасенная дросселем энергия высвобождается, препятствуя его уменьшению, а конденсатор разряжается на нагрузку, также поддерживая величину тока. В результате этого происходит значительное сглаживание переменной составляющей.

Инвертор формирует на выходе переменное напряжение с изменяемой частотой и амплитудой. Основу схемы инвертора составляют силовые электронные ключи, функции которых выполняют транзисторы, изготовленные по IGBT – технологии. Для управления ключами используется принцип широтно–импульсной модуляции (ШИМ). Управляющие сигналы формирует система импульсно – фазового управления.

Процесс регулирования привода может осуществляться либо вручную, путем установки задания оператором, либо в автоматическом режиме.

Эффективность применения ЧРП в различных областях

 

Экономический эффект от применения частотного регулирования хорошо иллюстрируется на примере насосных станций городской системы водоснабжения. Работа данных систем характеризуется необходимостью поддержания определенного давления в водоводе, которое функционально связано с изменяющимся во времени потреблением воды. До появления систем управления, использующих частотный привод, регулирование давления осуществлялось количеством одновременно находящихся в работе насосных агрегатов, а также положением задвижек, то есть, дросселированием.

На рисунке 2 представлен график сравнительного потребления мощности при использовании дросселирования и частотного регулирования.

Рисунок 2. Потребление мощности при использовании дросселирования и частотного регулирования.

 

Точка пересечения графиков, в которой значения мощности и потока достигают 100%, соответствует полностью открытой задвижке (при регулировании дросселированием) и работе агрегата на полную мощность (при частотном регулировании). В этом режиме применение ЧРП не приносит экономического эффекта. Но при дросселировании, когда задвижка открыта лишь частично, потребляемая электродвигателем мощность в несколько раз больше, чем в варианте с применением частотного регулирования и полностью открытой задвижкой. При этом, разница в потреблении тем больше, чем меньше требуемая производительность агрегата. Это обусловливает существенную экономию электрической энергии при внедрении ЧРП, так как режим ограничения подачи имеет большой удельный вес в графике работы насосов (например, в ночное время при практическом отсутствии потребления).

В некоторых случаях, необходимость плавного регулирования угловой скорости валов механизмов диктуется самой технологией. Например, мощность котлов и энергоблоков тепловых станций регулируется плавным изменением производительности механизмов подачи топлива. На ГРЭС и ТЭЦ, работающих на угле, последний, перед подачей в топку котла, измельчается в мельницах до пылевидного состояния. Подачу угольной пыли в топку выполняет ППЛ (питатель пыли лопастный). Привод этого механизма традиционно осуществляется двигателем постоянного тока с регулируемыми оборотами. Регулирование производится посредством тиристорного блока управления. Электродвигатели постоянного тока имеют целый ряд эксплуатационных недостатков. Они дороги, щеточный механизм этих электрических машин подвержен быстрому износу, весьма чувствителен к загрязнениям и нуждается в периодической регулировке и чистке.

Кроме применения двигателей постоянного тока, функция бесступенчатого регулирования реализуется с помощью механических вариаторов, например, в крупных станочных приводах. Применение механических коробок передач всегда сопровождается существенными потерями, к тому же, такие системы обладают ограниченным диапазоном регулирования.

Использование частотного привода, укомплектованного асинхронным двигателем, имеющим короткозамкнутый ротор, позволяет избавиться от перечисленных недостатков двигателей постоянного тока и механических систем регулирования. Следует особо подчеркнуть, что наибольшую выгоду приносит применение именно электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Эти машины наиболее дешевы, конструктивно просты, не имеют щеточного аппарата и могут быть приспособлены для работы в самых тяжелых условиях.

Внедрение систем управления, использующих частотно регулируемый привод, является инновационным мероприятием и, как правило, быстро окупается.

Для консультации или заказа частотно регулируемых приводов воспользуйтесь формой обратной связи на странице контактов.

www.overdrive.by

ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫИ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Наиболее рациональным способом плавного регулирования угловой скорости является частотный способ, возможность которого базируется на линейной зависимости угловой скорости магнитного поля статора от частоты напряжения питания; си0 2к//р„.

По этому принцип}' возможно осуществление широко регулируемых электроприводов с жесткими механическими характеристиками. Важным преимуществом частотного привода являются благоприятные энергетические показатели. Это объясняется тем, что двигатель работает при малых скольжениях, что обусловливает малые потери и высокий КПД во всем диапазоне регулирования скорости. Однако при изменении частоты возникает необходимость одновременного регулирования напряжения, подводимого к статору. Действительно, ЭДС обмотки статора АД определяется как

Е,=сФU

Если пренебречь падением напряжения в статорной обмотке, ПОЛОЖИВ U~E], TO U 1~сФ/!, т. е. при неизменном напряжении и регулировании его частоты изменяется магнитный поток машины. В частности, уменьшение J) вызовет увеличение потока, что приведет к насыщению магнитопровода двигателя и вызовет резкое возрастание намагничивающего тока, и недопустимый нагрев как стали, так и обмоток статора.

С другой стороны, увеличение// приводит к уменьшению потока, что при постоянстве момента сопротивления вызывает увеличение тока в роторе, т. е. перегрев ротора при недоиспользовании стали. Таким образом, для наилучшегоиспользования двигателя необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты, а иногда и в функции момента сопротивления.

Для того чтобы реализовать принцип частотного управления, необходимо взаимосвязанно управлять напряжением (током) в статоре асинхронной машины при изменении частоты питания. Поэтому в разомкнутых системах ПЧ - АД не удается достичь большого диапазона регулирования скорости, так как в сильной степени проявляется етатизм (влияние изменений момента нагрузки) на механические характеристики привода. Кроме того, при снижении скорости может возникать область статической неустойчивости, которая затрудняет практическое использование таких приводов.

Существует несколько алгоритмов одновременного изменения частоты и напряжения статора в статическом режиме. Чаще всего стремятся сохранить постоянной перегрузочную способность двигателя, т. е. сделать так, чтобы при всех режимах отношение максимального момента к моменту сил сопротивления оставалось постоянным:

Таким образом, напряжение необходимо регулировать не только в функции частоты, но и в функции нагрузки. Критический момент трехфазного АД:

где со0 - синхронная скорость; R/ - активное фазное сопротивление обмогки статора; хк=хі+х'2 - индуктивное фазное сопротивление к. з.

Пренебрегая величиной Ri по сравнению с х* и учитывая, что Х}:^2тс[іЬІГ, можно получить

Следовательно, критический момент прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты, поэтому

Таким образом, для сохранения постоянной перегрузочной способности необходимо изменять напряжение пропорционально частоте и корню квадратному от момента нагрузки. Этот общий принцип регулирования может быть уточнен для конкретных режимов работы механизма:

а) При моменте нагрузки, не зависящем от скорости,

Мс=const, и по выражению (*) следует, что напряжение надо изменять пропорционально частоте

U

= const

Такой способ с точностью до принятого допущения R /'= О обеспечивает постоянную перегрузочную способность двигателя на малой скорости. Поскольку справедливо предположение, что Uj-Ei, такой способ регулирования соответствует 0=const. Фактически же, при увеличении нагрузки, ЭДС при постоянном напряжении на статоре уменьшается, что сопровождается уменьшением Мк - Критический момент, а следовательно, и перегрузочная способность двигателя возрастает, если использовать способ регулирования с поддержанием O=const во всем диапазоне скоростей и нагрузок.

б) При моменте нагрузки, требующем постоянства мощности на всех скоростях, те. при изменении момента нагрузки обратно пропорционально скорости Мс=Р/со, считая, что скорость двигателя пропорциональна частоте, из (*) следует, что напряжение необходимо изменять пропорционально корню квадратному из частоты

и

= const

в) При вентиляторной характеристике механизма, т. е.

при Мс=СО)2 из (*) следует, что напряжение необходимо изменять пропорционально квадрату частоты

—— = const

Благодаря своей простоте, данные зависимости широко распространены на практике, однако они являются приближенными. При малых частотах и малых напряжениях на двигателе возрастает роль падения напряжения на активном сопротивлении статора. Если снижать напряжение строго пропорционально частоте при Mc=const, то это приведет к уменьшению магнитного потока. Поэтому в частотном приводе напряжение должно снижаться в меньшей степени. Для этого применяют систему IR-компенсации, в которой закон регулирования Uj/f)= const заменен соотношением

|і/, —IlRl I / fі = const

В приводах, в которых производится компенсация падения напряжения на сопротивлении статора, поддерживается постоянное соотношение между частотой и напряжением | U)—

///;/], которое отличается от напряжения сети на величину падения напряжения на активном сопротивлении статора.

Оптимальный закон частотного управления при постоянстве перегрузки является не единственным, используемым на практике. Например, часто реализуются другие законы: постоянства магнитного потока машины, минимума потерв и другие. Частотное регулирование с поддержанием постоянства потока практически тождественно управлению с компенсацией падения напряжения в статорных цепях. При этом асинхронный привод приобретает следующие свойства:

1. Токи статора, ротора и поток (кроме потерь в стали) остаются неизменными.

2. При работе с максимальным потоком двигатель имеет более жесткую рабочую часть механической характеристики и больший критический момент на естественной характеристике.

3. При уменьшении нагрузки поток становится избыточным, что приводит к завышению потерь и нарушению оптимальности этого закона регулирования при переменном моменте нагрузки.

При управлении по минимуму потерв создание необходимого момента, пропорционального произведению тока ротора на поток, осуществляется при равенстве переменных и постоянных потерь, связанных с возбуждением машинві (ее магнитным потоком)- Такое управление обеспечивает минимум потерь и оптимальность КПД привода.

Наглядное представление о перечисленных выше законах частотного регулирования скорости АД дает схема замещения (рис. 1. 6), представленная в относительных единицах на рис. А. На схеме обозначено:

0. со0/(оп относительная частота;

v=co/co„ - относительная скорость ротора:

/]=o.-v = (co0-oj)/coi1 - абсолютное скольжение, значение которого не зависит от о.(со0).

Рассмотрим механические характеристики co-f(M) асинхронного двигателя при различных законах изменения напряжения на зажимах статора при частотном регулировании.

1. Характеристика co=f(M) при законе регулирования скорости Ui/o.=consl (кривая 1 на рис.4). Из схемы видно, что поскольку R] не зависит от о., то по мере снижения частоты доля падения напряжения на активном сопротивлении растет и напряжение за активным сопротивлением Е! а уменьшается. ЭДС двигателя E’ja, которая должна была бы уменьшаться пропорционально а, уменьшается в большей степени, что вызывает снижение жесткости и критического момента по мере уменьшения частоты.

Рисунок 4 - Схема замещения є относительных единицах и механические характеристики при различных законах частотного управления

2. Регулирование напряжения с компенсацией падения напряжения в активном сопротивлении обмотки статора. Если напряжение на зажимах двигателя менять таким образом, что EJo.=const, то величина потока не зависит от частоты питающего напряжения, а зависит от тока двигатечя. Механические характеристики при таком способе регулирования скорости будут обладать требуемой перегрузочной способностью и высокой жесткостью во всем диапазоне регулирования скорости. При номинальной частоте характеристика co=f(M) практически совпадает с характеристикой при законе U i/a,=const.

3. Характеристика co=f(M) при Ф=const или E^/a=const (кривая 2). При Ф=const максимальный момент двигателя получается значительно больше, чем максимальный момент, развиваемый двигателем при регулировании по закону EJo.=const.

4. Характеристика co=f(M) при законе поддержания постоянства потокосцепления ротора, который обеспечивается путем изменения напряжения на зажимах статора в функции частоты а и абсолютного скольжения /і, причем эти функции нелинейны. В этом случае механическая характеристика представляет собой прямую, подобную характеристике двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (кривая 3 на рис. 4). Данный способ регулирования скорости реализуется в системах векторного управления.

К одним из наиболее распространенных устройств современной силовой электроники относятся автономные инверторы напряжения. В составе преобразователей частоты они преобразуют постоянное напряжение в переменное напряжение регулируемой частоты и среднего значения. Они …

С начала 90-х годов ведущие электротехнические фирмы выпускают ПЧ третьего поколения, среди которых наиболее значительной является группа преобразователей со звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией для …

5.1 Элементная база В истории развития преобразовательной техники для электроприводов переменного тока можно выделить три этапа. До начала 80-х годов частотно-регулируемые приводы строились на базе тиристорных ПЧ с аналоговым управлением, …

msd.com.ua