Преобразователь частоты для асинхронного двигателя: структурная схема и основные узлы. Преобразователь для двигателя


выбор и расчёт, управление, сборка своими руками

Одним из главных недостатков асинхронных двигателей является сложность регулировки частоты вращения. Изменять её можно тремя способами: изменением количества пар полюсов, изменением скольжения и изменением частоты. В последнее время для регулирования скорости вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя частоту тока меняют с помощью частотных преобразователей для электродвигателя.

Понятие о принципе работы частотника

В последнее время на производстве стали широко использоваться высокочастотники, у многих неопытных новичков, встречающих их на практике, часто возникает вопрос, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Достоинствами частотного привода для электродвигателя являются:

  • снижение электропотребления двигателем;
  • улучшение показателей работы: плавность запуска и регулировки скорости вращения;
  • исключение возможных перегрузок.

Плавность пуска обеспечивается преобразователем благодаря снижению с его помощью пускового тока, который без частотника превышает номинальный ток в 5–7 раз.

Основными частями в устройстве преобразователя являются инвертор и конденсаторы. Инвертор обычно выполнен из диодных мостов. Его задача — выпрямить напряжение на входе, которое может принимать значение 220В или 380В в зависимости от количества фаз, но сохранить при этом пульсации. Затем конденсаторы выпрямленное напряжение сглаживают и фильтруют.

Потом постоянный ток отправляется на микросхемы и выходные мостовые IGBT-ключи. Обычно мостовой IGBT-ключ — это шесть транзисторов, соединённых по мостовой схеме. Защиту от пробоя напряжения обратной полярности осуществляют диоды. В более ранних схемах вместо транзисторов были использованы тиристоры, значительными недостатками которых были некоторая замедленность в работе и помехи.

Благодаря этим устройствам возникает широтно-импульсная последовательность с необходимой частотой. На выходе частотника импульсы напряжения имеют прямоугольный вид. А после того как они проходят через обмотку статора, вследствие её индуктивности, принимают синусоидальный вид.

Чтобы понять, зачем нужен инвертор, необходимо уяснить, что ток бывает постоянным и переменным. И если преобразователи частоты используются при работе с переменным током, то для управления электромотором постоянного тока необходим электропривод постоянного тока. Он называется инвертором и его назначением в схеме является контроль тока возбуждения. И он также независимо от изменений нагрузки может поддерживать скорость вращения ротора в требуемых пределах и осуществлять его торможение.

Советы по выбору частотников

При выборе частотника наиболее низкая стоимость определена набором минимальных функций. Рост стоимости пропорционален их увеличению.

Первоначально преобразователи классифицируют по мощности. Не менее важными параметрами являются перегрузочная способность и тип исполнения.

Мощность частотника должна быть не меньше максимальной мощности установки. Для оперативного ремонта или замены в случае поломки частотного привода для электромотора желательно, чтобы сервис-центр был расположен в непосредственной близости.

При выборе преобразователя немаловажным фактором является его напряжение. Если подобрать частотник определённого напряжения, а в сети оно окажется более низким, то он будет отключаться. Если же напряжение сети будет длительно допускать допустимое напряжение, то это приведёт к его повреждению и невозможной дальнейшей работе. С учётом этих рисков нужно выбирать частотники с большим интервалом допустимого напряжения.

Существует два типа управления преобразователей: векторное и скалярное.

При скалярном управлении удерживается постоянство между значением напряжения и частоты на выходе. Это наиболее простой тип частотников, и, вследствие этого, более дешёвый.

При векторном управлении из-за снижения статической ошибки управление осуществляется более точно. Но и стоимость асинхронного преобразователя частоты с этим видом управления более высока в сравнении со скалярным управлением.

Зона регулирования частоты тока должна быть в необходимых пределах. Для диапазонов с регулировкой по частоте более, нежели в 10 раз лучше выбрать векторное управление.

Количество вводов должно быть оптимальным, потому как при слишком большой их численности цена прибора для изменения частоты будет неоправданно завышена, а также могут возникнуть некоторые сложности при его настройке.

Необходимо учесть перегрузочные способности частотника по току и мощности. Ток частотника должен быть чуть больше, нежели номинальный ток двигателя. В случае возникновения ударных нагрузок необходим запас по пиковому току, который должен быть не менее 10% от ударного тока.

Расчёт частотника для электродвигателя

Для того чтобы преобразователь частоты имел возможность работать надёжно и соблюдать заданные значения, необходимо рассчитать его основные параметры:

  • тип исполнения;
  • ток;
  • мощность.

Расчёт тока преобразователя производится по формуле:

где Р – номинальная мощность двигателя, квт;

U – напряжение, В

сosφ – значение коэффициента мощности

Правильный выбор мощности прибора для изменения частоты сказывается на эффективности работы установки. При заниженной мощности частотного преобразователя производительность оборудования будет невысокой. Длительные перегрузки при работе могут привести к поломке преобразователя частоты.

При завышенной мощности частотного преобразователя и скачках напряжения или перегрузке не сработает защита электродвигателя, что приведёт к его повреждению. U

Мощность частотника должна быть больше номинальной мощности соответствующего двигателя на 15%.

Необходимые материалы для самодельного частотника

Изготовить частотник своими руками практически возможно. Для этого нужно определиться с основными деталями, приобрести их, изучить схему сборки. Затем приступить к процессу изготовления.

В начале работы необходимо запастись двумя платами. На одной из плат необходимо установить микроконтроллер и индикатор. На второй — транзисторы, диодный мост, входные клеммы, блок питания и драйвер. Между собой платы необходимо соединять гибким проводом.

Питания будет производиться с помощью импульсного блока.

Для управления маломощным мотором достаточно будет установки токового шунта и подключённого к нему усилителя DA-1. Сечение жил токового шунта составляет полмиллиметра. Для двигателей с более высокой мощностью установки токового шунта недостаточно и поэтому необходимо устанавливать трансформатор.

При мощности двигателей более 0,4 КВт необходима установка термодатчиков.

Микросхема IL300 с линейной развязкой позволяет контролировать параметры электродвигателя.

Оптроны типа ОС2–4 необходимы для дубляжа управляющих кнопок.

В результате эксплуатации вследствие большой протяжённости проводов могут возникать помехи. Устранить их можно с помощью специальных колец для удаления помех.

Подключение и настройка

При подключении асинхронного преобразователя частоты в сеть однофазного тока клеммы двигателя необходимо соединить в «треугольник». Эта схема соединения подразумевает присоединение конца и начала соседних обмоток. Напряжение питания при этом будет 220 В. Выходной ток необходимо удерживать в пределах не более половины его номинального значения.

Если частотник подключается к трехфазной сети, то клеммы двигателя соединяются в «звезду». При этой схеме соединения концы трёх фаз обмоток соединяются в одну точку. Напряжение от сети принимает значение 380В.

Очерёдность подключения общей электрической цепи будет следующей:

  1. дифференциальный автоматический выключатель, ток которого совпадает с номинальным током двигателя;
  2. преобразователь частоты;
  3. электродвигатель.

При работе с трехфазной сетью автоматический выключатель должен быть снабжён общим рычагом по всем трём фазам. В таком случае перегрузка одной из фаз будет устранена выключением всего питания. Допустимый ток срабатывания должен быть рассчитан на основе значения тока двигателя в одной фазе.

При установке преобразователя в однофазную сеть допустимый ток автоматического выключателя должен превышать в три раза значение фазного тока.

Подключается преобразователь к электромотору с помощью магнитного пускателя. Выбирается магнитный пускатель по напряжению сети и номинальному току.

Перед монтажом пульта управления его рычаг должен быть в положении «Выключено». При включении рычага обязательным условием есть появление сигнала на световом индикаторе. Клавишей RUN производится запуск частотника. А рукоятка пульта управления контролирует изменение числа оборотов ротора двигателя.

Следует с особым вниманием изучить значение частоты на частотнике, так как на одних моделях указывается частота вращения ротора электродвигателя, а на других приведена частота тока преобразователя.

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя начинается с внимательного изучения инструкции, так как в ней указана последовательность этих операций.

Для того чтобы настроить частотный преобразователь для электродвигателя, необходимо произвести правильный выбор типа проводов и верный размер их сечения.

Перед настройкой частотника необходимо правильно обнаружить и подключить входные и выходные клеммы. Входные клеммы маркируются буквой L с указанием нумерации фазы. Выходные клеммы обозначены латинскими буквами — U, V, W.

Так как параметров у преобразователя заводского исполнения довольно-таки много, частично его настройка производится на заводе. Остальные параметры настраиваются вручную. Основные этапы настройки частотного преобразователя:

  • подача питания на частотный преобразователь;
  • выбор определённого режима работы;
  • установка значений рабочих характеристик оборудования.

Эксплуатация частотника

Правильный порядок эксплуатации преобразователя частоты заключается в выполнении основных операций:

  • Систематическая очистка частотного привода для электродвигателя от пыли и грязи.
  • Регулярно менять детали, срок годности которых истекает.
  • Постоянный контроль напряжения и температуры.
  • Работа устройства должна проходить при заданных условиях: не превышать допустимый уровень пыли, влажности, температуры окружающей среды.

Нежелательным является попадание прямых солнечных лучей на частотник, отсутствие достаточной вентиляции. Материалы и жидкости, которые достаточно легко воспламеняются, не должны находиться рядом с ним. В помещении регулярно должна проводиться обработка против грызунов. Место установки частотного привода для электродвигателя не должно иметь шероховатостей, позволять вибрации.

Частотники для двигателя мощностью около 3 КВт являются наиболее распространёнными ввиду компактности, относительно невысокой цены, простоты установки и обслуживания

Собирать вручную частотники для двигателей мощностью 3 КВт и больше нет смысла — они будут довольно дорогими по цене и не всегда обеспечивать необходимую точность в работе.

Для двигателей мощностью 3 КВт преобразователи частоты находят применение:

  • в системах вентиляции для контроля скорости вращения вентилятора;
  • для одновременности работы принимающего и подающего конвейеров;
  • для подачи сырья с контролем его объёма;
  • для управления несколькими насосами;
  • для контроля работы погружным насосом;
  • для регулировки скорости подачи сырья в дробилках.

Частотники для двигателей большей мощности отличаются величиной максимальной выходной частоты, наличием фильтра электромагнитной совместимости (ЕМС), видом режима управления.

Например, у частотного привода для электродвигателя мощностью 15 КВт максимальная выходная частота меньше, нежели у преобразователя для двигателя мощностью 3 КВт. ЕМС фильтр для такого двигателя не предусмотрен. Режим управления только скалярный.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru

частотный преобразователь своими руками, как сделать

Сегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов.

Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.

Назначение частотного преобразователя

Асинхронный электродвигатель может работать и без частотника, но в этом случае у него будет постоянная скорость без возможности регулировки. К тому же отсутствие частотного преобразователя приведет к возрастанию пускового тока в 5−7 раз от номинального, что вызовет увеличение ударных нагрузок, повысит потери электроэнергии и приведет к существенному сокращению срока службы агрегата.

Для нивелирования всех вышеперечисленных негативных факторов были изобретены преобразователи частоты для асинхронных двигателей трехфазного и однофазного тока.

Частотник дает возможность в широких пределах регулировать скорость электродвигателя, обеспечивает плавный пуск, позволяет регулировать как скорость запуска, так и скорость торможения, подключать трехфазный мотор к однофазной сети и многое другое. Все эти функции зависят от микроконтроллера, на котором он построен, и могут отличаться у разных моделей.

Принцип работы устройства

Переменный ток поступает из сети на диодный мост, где он выпрямляется и попадает на батарею сглаживающих конденсаторов, где окончательно превращается в постоянный ток, который поступает на стоки мощных IGBT транзисторов, управляемых главным контроллером. Истоки транзисторов, в свою очередь, подключены к двигателю.

Вот упрощенная схема преобразователя частоты для трехфазного асинхронного двигателя.

Теперь рассмотрим, что происходит с транзисторами и как они работают.

Полевой транзистор (он же ключ, мосфет и пр.) — это электронный выключатель, принцип его действия основан на возникновении проводимости между двумя выводами (сток и исток) мосфета, при появлении на управляющем выводе (затворе) напряжения, превышающего напряжение стока.

В отличие от обычных реле, ключи работают на очень высоких частотах (от нескольких герц до сотен килогерц) так что заменить их на реле не получится.

С помощью этих быстродействующих переключателей микроконтроллер получает возможность управления силовыми цепями.

К контроллеру, кроме мосфетов, также подключены датчики тока, органы управления частотником, и другая периферия.

При работе частотного преобразователя микроконтроллер измеряет потребляемую мощность и, в соответствии с установленными на панели управления параметрами, изменяет длительность и частоту периодов, когда транзистор открыт (включен) или закрыт (выключен), тем самым изменяя или поддерживая скорость вращения электродвигателя.

Самостоятельное изготовление прибора

Несмотря на множество агрегатов заводского производства, люди делают преобразователи частоты самостоятельно, благо на сегодняшний день все его компоненты можно купить в любом радиомагазине или заказать из Китая. Такой частотник обойдется вам значительно дешевле покупного, к тому же вы не будете сомневаться в качестве его сборки и надежности.

Делаем трехфазный преобразователь

Собирать наш преобразователь будем на мосфетах G4PH50UD, которыми будет управлять контроллер PIC16F628A посредством оптодрайверов HCPL3120.

Собранный частотник при подключении в однофазную сеть 220 В будет иметь на выходе три полноценные фазы 220 В, со сдвигом 120°, и мощность 3 КВт.

Схема частотника выглядит так:

Так как частотный преобразователь состоит из частей, работающих как на высоком (силовая часть), так и на низком (управление) напряжении, то логично будет разбить его на три платы (основная плата, плата управления, и низковольтный блок питания для неё) для исключения возможности пробоя между дорожками с высоким и низким напряжением и выхода устройства из строя.

Вот так выглядит разводка платы управления:

Для питания платы управления можно использовать любой блок питания на 24 В, с пульсациями не более 1 В в размахе, с задержкой прекращения подачи питания на 2−3 секунды с момента исчезновения питающего напряжения 220 В.

Блок питания можно собрать и самим по этой схеме:

Обратите внимание, что номиналы и названия всех радиокомпонентов на схемах уже подписаны, так что собрать по ним работающее устройство может даже начинающий радиолюбитель.

Перед тем как приступить к сборке преобразователя, убедитесь:

  1. В наличии у вас всех необходимых компонентов;
  2. В правильности разводки платы;
  3. В наличии всех нужных отверстий для установки радиодеталей на плате;
  4. В том, что не забыли залить в микроконтроллер прошивку из этого архива:

Если вы все сделали правильно и ничего не забыли, можете приступать к сборке.

После сборки у вас получится что-то похожее:

Теперь вам осталось проверить устройство: для этого подключаем двигатель к частотнику и подаем на него напряжение. После того как загорится светодиод, сигнализирующий о готовности, нажмите на кнопку «Пуск». Двигатель должен начать медленно вращаться. При удержании кнопки двигатель начинает разгоняться, при отпускании — поддерживает обороты на том уровне, до которого успел разогнаться. При нажатии кнопки «Сброс» двигатель останавливается с выбегом. Кнопка «Реверс» задействуется только при остановленном двигателе.

Если проверка прошла успешно, то можете начинать изготавливать корпус и собирать в нем частотник. Не забудьте сделать в корпусе отверстия для притока холодного и оттока горячего воздуха от радиатора IGBT транзисторов.

Частотник для однофазного двигателя

Преобразователь частоты для однофазного двигателя отличается от трехфазного тем, что имеет на выходе две фазы (ошибки тут нет, двигатель однофазный, при подключении без частотника рабочая обмотка подключается в сеть напрямую, а пусковая — через конденсатор; но при использовании частотника пусковая обмотка подключается через вторую фазу) и одну нейтраль — в отличие от трех фаз у последнего, так что сделать частотник для однофазного электродвигателя, используя в качестве основы схему от трехфазного, не получится, поэтому придется начинать все сначала.

В качестве мозга этого преобразователя мы будем использовать МК ATmega328 с загрузчиком ардуины. В принципе, это и есть Arduino, только без своей обвязки. Так что, если у вас в закромах завалялась ардуинка с таким микроконтроллером, можете смело выпаивать его и использовать для дела, предварительно залив на него скетч (прошивку) из этого архива:

К атмеге будет подключен драйвер IR2132, а уже к нему — мосфеты IRG4BC30, к которым мы подключим двигатель мощностью до 1 КВт включительно.

Схема частотного преобразователя для однофазного двигателя:

Также для питания ардуины (5в) и для питания силового реле (12в), нам понадобятся 2 стабилизатора. Вот их схемы:

Стабилизатор на 12 вольт.

Стабилизатор на 5 вольт.

Внимание! Эта схема не из простых. Возможно, придется настраивать и отлаживать прошивку для достижения полной работоспособности устройства, но это несложно, и мануалов по программированию Arduino в интернете — великое множество. К тому же сам скетч содержит довольно подробные комментарии к каждому действию. Но если для вас это слишком сложно, то вы можете попробовать найти такой частотник в магазине. Пусть они и не так распространены, как частотники для трехфазных двигателей, но купить их можно, пусть и не в каждом магазине.

Еще обратите внимание на то, что включать схему без балласта нельзя — сгорят выходные ключи. Балласт нужно подключать через диод, обращенный анодом к силовому фильтрующему конденсатору. Если подключите балласт без диода — опять выйдут из строя ключи.

Если вас все устраивает, можете приступать к изготовлению платы, а затем — к сборке всей схемы. Перед сборкой убедитесь в правильности разводки платы и отсутствии дефектов в ней, а также — в наличии у вас всех указанных на схеме радиодеталей. Также не забудьте установить IGBT-транзисторы на массивный радиатор и изолировать их от него путем использования термопрокладок и изолирующих шайб.

После сборки частотника можете приступать к его проверке. В идеале у вас должен получиться такой функционал: кнопка «S1» — пуск, каждое последующее нажатие добавляет определенное (изменяется путем редактирования скетча) количество оборотов; «S2» — то же самое, что и «S1», только заставляет двигатель вращаться в противоположном направлении; кнопка «S3» — стоп, при её нажатии двигатель останавливается с выбегом.

Обратите внимание, что реверс осуществляется через полную остановку двигателя, при попытке сменить направление вращения на работающем двигателе произойдет его мгновенная остановка, а силовые ключи сгорят от перегрузки. Если вам не жаль денег, которые придется потратить на замену мосфетов, то можете использовать эту особенность в качестве аварийного тормоза.

Возможные проблемы при проверке

Если при проверке частотника схема не заработала или заработала неправильно, значит, вы где-то допустили ошибку. Отключите частотник от сети и проверьте правильность установки компонентов, их исправность и отсутствие разрывов/замыканий дорожек там, где их быть не должно. После обнаружения неисправности устраните её и проверьте преобразователь снова. Если с этим все в порядке, приступайте к отладке прошивки.

220v.guru

Частотный преобразователь: принцип работы и построение схемы

Довольно часто у многих радиолюбителей или просто хозяйственных людей возникает необходимость в регулировании частоты вращения трехфазного двигателя. Использовать для этого банальный регулятор мощности нет смысла, потому что он построен на принципе изменения напряжения, а ведь, как известно, двигатели переменного тока не хотят регулироваться таким способом, даже однофазные.

Обороты, конечно, будут изменяться, но только в небольшом и практически незаметном пределе, после чего при достижении нижнего порога, а при питании 220 В при напряжении 150 В, обороты и вовсе останавливаются. Если с вала необходимо получит еще и нормальный момент, например, при регулировании скорости движения конвейера или протяжной рейки, в зависимости к чему он подключен, то подойдет только частотный преобразователь.

Что такое частотное преобразование

Под понятием частотное преобразование, а далее и частотный преобразователь, следует понимать целую систему, которая нечто делает. А именно преобразует частоту питающего обмотки асинхронного двигателя напряжения. То есть акцентируем ваше внимание на том, что здесь изменяется не напряжение, а именно его частота. В таком режиме управления момент на валу двигателя сохраняется при изменении его скорости вращения.

Но чтобы сделать преобразователь частоты своими руками, необходимо вспомнить конструкцию и возможные характеристики работы асинхронных двигателей. Более того, решая конкретно изготовить такое устройство, первым делом необходимо найти подходящий по параметрам двигатель, который справится с возлагаемой на него работой в составе готового комплекса.

Выбор двигателя

Для проектирования самодельного частотника сначала стоит вспомнить, что такое асинхронный двигатель и как он работает. Несинхронный двигатель или ДПТ представляет собой механическое устройство, состоящее из статора с обмотками возбуждения и ротора. Второй компонент может быть:

  • короткозамкнутым, то есть средние проводники соединены по торцам кольцами, а сами они толстые и короткие, из-за чего конструкция получила название «беличье колесо»;
  • фазным, ротор имеет несколько обмоток, которые присоединены к токосъемным кольцам, применяемым для отвода напряжения в режиме генератора.

Принцип действия двигателя очень прост и заключается во влияние создаваемого в статоре вращающегося магнитного поля на короткозамкнутый ротор, в котором возникает ЭДС. Из-за этого в роторе начинает протекать ток, что ведет к образованию сил, взаимодействующие с магнитным полем статора. При этом частота вращения ротора и магнитного поля неравны, оттого и название асинхронный двигатель.

Разумно предположить, что если изменить частоту питающего статор напряжения, то и измениться скорость вращения ротора. На деле оно так и есть, поэтому все серьезные компании используют именно частотные преобразователи для управления такими моторами. Когда проектируется схема частотного преобразователя для электродвигателя своими руками, следует учесть тип мотора и все его характеристики. В частности, мощность, число полюсов и максимальную скорость вращения. Скачать готовые схемы можно с интернет-журнала «Радиокот». Там их представлено очень много.

Получение магнитного поля

Для получения вращающегося магнитного поля трехфазного, необходимо через виток катушки на статоре пропустить ток с необходимой частотой, который будет определяться по формуле: iA = I m sinωt. В результате действия этого тока по оси витка начинает действовать МДС FA. Так как витки в статоре чередуются по фазам, то и пульсация будет иметь такой же характер, создавая общую пульсирующую силу F, являющеюся константой. Она определяется как корень из квадратов сил в двух витках, смещенных относительно друг друга под углом 90ºС.

В результате чего возникает вращение поля с угловой скоростью, выраженную формулой для каждого витка в отдельности: ω =2π f 1. Но для расчета скорости поля во всей машине необходимо учитывать общее количество пар полюсов, выраженное символом p. И тогда скорость поля будет равна: ω 0 =2π f 1 /р. Соответственно, можно высчитать и частоту вращения, выраженную в об/мин: n0 =60 f 1 /р.

Кроме этих данных, необходимо помнить, что характеристики будут отличаться от режима в холостом ходе, то есть при ω = ω 0, и при нагрузке, когда ω ≠ ω 0. А также было бы полезным вспомнить, что под нагрузкой возникает такое понятие, как скольжение, которое появляется из-за отставания ω от ω 0. И оно выражается как: s =( ω 0 — ω)/ ω 0. Это говорит о том, что при построении САУ с увеличением этой величины необходимо автоматически изменять частоту напряжения в обмотках, чтобы обеспечить стабильность скорости при различных нагрузках.

Промышленные частотные привода

Все промышленные частотники обеспечивают различные принципы регулирования скоростью и моментом на валу асинхронных двигателей за счет изменения не только частоты, но и сдвига фаз, времени нарастания управляющих импульсов, динамическим торможением и многими другими параметрами. При этом все это выполняется в автоматическом режиме без дополнительного участия извне. Поэтому промышленная схема частотного преобразователя для трехфазного двигателя состоит из следующих компонентов:

  • Центрального процессора, выполняющего роль формирователя задающих и управляющих импульсов.
  • Силовая часть: выпрямитель и одновременно блок управления, построенный на IGBT — модулях.
  • Блок ввода и вывода данных или просто интерфейс для взаимодействия с пользователем.
  • Преобразователь шины для работы с системой программного управления.

Трехфазный двигатель может быть оснащен датчиком, тогда требуется обратная связь. Датчик может быть оптическим, индуктивным или магнитным. В высоко оборотистых двигателях расчет скорости ведется программно на основании характеристик.

Плюсы использования частотных преобразователей

Недаром человек стал активно применять частотные преобразователи на всех видах предприятий и даже в быту, потому что они намного более экономичны, чем коллекторные двигатели и могут работать в таких условиях, в которых двигатель со щетками быстро выйдет из строя. Кроме всего этого, использование частотного преобразователя дало возможность заменить механические вариаторы с приводными системами, что позволило намного упростить конструкцию оборудования. А учитывая, что ДПТ при работе практически не требует ремонт, то использование ПЧ является просто идеальным решением.

Но следует понимать, что есть пределы регулирования, при которых принцип управления асинхронным двигателем также будет изменяться:

  • При регулировании скорости в диапазоне 16:1 и менее, необходимо применять использовать ПЧ, работающий по вольт — частотной характеристике.
  • Для регулирования в диапазоне 50:1 необходимо использовать бессенсорное векторное регулирование.
  • В больших диапазонах следует применять обратную связь с использованием датчиков или встроенного в ПЧ пид-регулятора.

В любом случае, когда двигатель планируется применять в тяжелых условиях работы, что обычно и бывает, то лучше использовать именно векторное регулирование.

Векторное и частотное регулирование

Чтобы построить качественную систему САУ с управлением асинхронным двигателем, необходимо хорошо разбираться в понятиях, а именно в векторном регулировании или частотном регулировании.

Частотный принцип применяется в системах, где нет надобности жестко контролировать скорость, а важен создаваемый двигателем поток без значительной нагрузки. Но когда требуется с первого оборота обеспечить высокий момент и хорошее тяговое усилие, то следует использовать векторное управление.

Векторные САУ также применяются в следящих системах с небольшими скоростями подач. Например, в станках для подачи столов или шпиндельных суппортов. Здесь не только надо преодолеть инерцию станины, но и обеспечить необходимое усилие при обработке детали.

Проектируя частотник для трехфазного электродвигателя своими руками, необходимо учитывать тип нагрузки, потому что от этого будет зависеть и характеристика управления силовыми ключами для достижения необходимой мощности при минимальных потерях.

Техническая реализация ПЧ

Вот мы и подошли к построению блок-схемы управления асинхронным электродвигателем. И сразу стоит уверить, что практически все производители этого вида преобразователей используют одну и ту же блоку схему, которая может быть применена и вами для конструирования собственного преобразователя. И она состоит из следующих компонентов:

  • Неуправляемого выпрямителя трехфазного 380 В или однофазного 220 В напряжения сети.
  • Шины постоянного тока со встроенным LC — фильтром, состоящей из набора конденсаторов, которые обеспечивают ее стабильный заряд и исключают пульсации при скачках в сети.
  • Инвертора напряжения, преобразующего постоянное промежуточное напряжение в переменное нужной частоты. Он оснащен ШИМ для качественного управления.
  • Асинхронного электродвигателя, которым и осуществляется управление.

Следует сказать, что производители долго шли к созданию идеальной ШИМ, с помощью которой можно было бы стабильно управлять двигателем. И только с появлением IGBT — модулей это стало возможным. Поэтому и для построения своего преобразователя рекомендуется использовать ключи с напряжением не менее 1200 В с учетом возможных пульсаций сети и с хорошим запасом по току. На рынке вполне можно отыскать транзисторы и модули до 100 и более А.

Упрощенная блок схема преобразователя будет выглядеть следующим образом:

  • Выпрямитель, его подключение выполняется по принципу одно или 2-фазной мостовой схеме. Он предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное, пригодное для дальнейшего преобразования частоты от 0 Гц до частоты сети. Промежуточный контур условно состоит из двух блоков:
  • Устройства плавного заряда шины, чтобы не повредит токоведущие линии при заряде конденсаторов. Оно получило название балластного сопротивления.
  • Блок конденсаторов – он же фильтр.

Расчетное напряжение промежуточного контура в √2 раз больше U N. После достижения на шине необходимого уровня постоянного напряжения резистор шунтируется контактной парой. Последний блок в схеме – инвертор. Это окончательный формирователь выходных импульсов, которые затем поступают на двигатель, обеспечивая его вращение с заданной скоростью.

Обобщенное строение силового модуля показано на следующем рисунке:

Для построения инвертора применяются высоко токовые транзисторы, работающие в чисто переключающем режиме. В процессе работы они сильно нагреваются, поэтому устанавливаются на больших радиаторах с большой площадью рассеивания тепла.

Для проектирования схемы управления инвертором, необходимо себе четко представить порок работы ключей. Для этого обратите внимание на рисунок ниже:

На нем представлены временные интервалы для каждого из ключей, установленных именно в таком порядке, как было показано на прошлом рисунке. То есть в фазе U работают транзисторы Т1 и Т4, в фазе V – Т3 и Т6 и так далее. Для каждой из обмоток двигателя свая пара IGBT. При построении ПЧ для маломощных моторов с небольшими токами можно использовать простые биполярные или полевые транзисторы.

На временной диаграмме видно, что в первый момент времени открываются транзисторы Т1, Т5 и Т6. Далее, транзистор Т1 и Т6 продолжают быть открытыми, в то время, как Т5 закрывается и открывается Т2 и так далее. Эта диаграмма полностью повторяет диаграмму напряжений в 3-фазной сети, но только импульсы имеют прямоугольную форму и имеют заданную контроллером частоту.

В результате получается своего рода циклическое переключение транзисторов, при этом ток в фазах получается сдвинут на 120º относительно друг друга. А для получения управляющего напряжения, состоящего из множества импульсов, в виде синусоидального сигнала с минимальным числом гармоник, пользуются отношением времени включения и выключения транзисторов.

Чтобы минимизировать потери в двигателе, которые обычно возникают при попытках регулирования за счет уменьшения напряжения на обмотках двигателя, прибегают к увеличению частоты.

Принцип регулирования скорости

Для изменения скорости вращения вала двигателя необходимо изменить частоту f 1, но делать это следует осторожно. Ведь необходимо сохранить ток намагничивания неизменным. Для поддержания этого баланса U 1 должны быть пропорционально f 1. но если баланс нарушен, то ток намагничивания будет либо уменьшаться, либо увеличиваться. Соответственно, поле будет ослабляться или перенасыщаться. Чтобы обеспечить это u / f -характеристику выбирают линейной до достижения угловой частоты. Она наступает тогда, когда напряжение на обмотках повышается до максимальной отметки.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru

Частотные преобразователи своими руками. Схема и принцип работы частотного преобразователя :: SYL.ru

Впервые асинхронный двигатель был использован в конце 19-го века. Его успешное применение позволило внедрить данное оборудование практически на любой завод, фабрику, в любую отрасль промышленности. Однако управлять данным устройством оказалось довольно проблемно, особенно пуском и остановкой. Основной целью эксплуатации частотного преобразователя, а также целью его создания как раз и стала необходимость в устройстве, управляющем асинхронным двигателем.

Общая информация

Целесообразнее всего снабжать преобразователем частоты (ЧП) те устройства, которые обладают довольно высоким показателем мощности. Основная цель, для которой используется такое оборудование, - это изменение пускового тока. ЧП дает возможность задавать величину для этого параметра, что и обеспечивает более плавную остановку и запуск двигателя.

Также можно отметить, что эти два устройства, работающие в паре, позволяют заменить такие устройства, как электроприводы постоянного тока. С одной стороны, регулировать скорость у такой системы очень просто, однако есть и слабое место в такой сети - сам электродвигатель. В электроприводах постоянного тока именно это устройство является наиболее дорогим и ненадежным. А если сравнивать асинхронное оборудование с прибором постоянного тока, то тут можно выделить явные преимущества: более простое и надежное устройство; масса, стоимость и габариты асинхронного приспособления будут гораздо ниже, чем у аппарата постоянного тока с той же мощностью.

Что такое частотный преобразователь

Стоит сказать о том, что регулировать числовое значение тока можно и вручную. Однако на это будет уходить определенное количество времени, так как человек не способен моментально среагировать на любое изменение, как машина. А это приведет к тому, что некоторое количество энергии будет уходить впустую, а энергетический ресурс двигателя выработается быстрее.

Частотный преобразователь для электродвигателя - это практически необходимая деталь, так как те устройства, которые не имели его, обладали значением тока, превышающим номинальное значение напряжение в 5-7 раз. Такая разница не позволит создавать приемлемые условия для эксплуатации двигателя.

Принцип работы частотного преобразователя кроется в том, что в нем используется специальный электронный механизм, который и управляет работой асинхронного двигателя. Также важно отметить, что ЧП позволяет не только настроить плавный запуск, но и выбрать оптимальный показатель между напряжением и частотой. Эта характеристика рассчитывается по определенной формуле.

Основное преимущество применения частотного преобразователя для двигателя - это экономия электрической энергии, значение которой доходит до 50 %. Еще одно важное преимущество ЧП - это возможность настроить его работу так, чтобы она максимально подходила под каждую отрасль производства. Применение такого устройства основывается на принципе работы двойного преобразования напряжения.

Первый этап - это регулировка напряжения, поступающего из сети. Оно выпрямляется и фильтруется. Эти операции осуществляются посредством системы конденсаторов.

Второй этап - включение в работу электронного управления системой. Этот элемент выставляет значение тока, которое будет соответствовать частоте, а также ранее выбранному режиму работы.

Как можно заметить, принцип работы частотного преобразователя довольно прост.

Материалы для сборки

На сегодняшний день распространение и улучшение технологий и оборудования привело к тому, что, имея некоторые знания в электронике и умения, можно собрать ЧП для однофазного двигателя собственноручно.

Для того чтобы собрать это устройство, понадобятся такие материалы, как:

  • драйвер трехфазного моста модели IR2135 или 2133;
  • понадобится микроконтроллер, который будет использоваться как генератор PWM, модели AT90SPWM3B;
  • еще одна важная деталь - программатор;
  • три пары транзисторов;
  • жидкокристаллический индикатор;
  • шесть кнопок для управления системой.

Сборка устройства

Для начала работы необходимо иметь схему частотного преобразователя. Осуществлять сборку будет намного удобнее и быстрее, имея этот документ.

Первый шаг сборки - соединение обмоток двигателя. Для этого нужно использовать вариант подключения, который в электротехнике называется треугольник.

В сборке частотного преобразователя своими руками основой будут выступать две платы. Одна из них (первая) будет являться основой для размещения таких элементов, как блок питания, драйвер, транзисторы. Силовые клеммы также будут подключаться к этой плате. Вторая же плата необходима для крепления микроконтроллера и индикатора. Для того чтобы соединить эти два элемента между собой, нужно использовать гибкий шлейф. Чтобы изготовить импульсный блок, можно использовать самую простую схему.

Для того чтобы осуществлять контроль над работой двигателя, нет необходимости в добавлении внешних устройств. Однако если такое желание все же есть, то можно добавить схему IL300 в конструкцию.

Следующим важным элементом в сборке частотного преобразователя своими руками станет общий радиатор. В схеме этих устройств данный элемент используется для того, чтобы разместить на нем транзисторы и диодный мост. Один из обязательных шагов - это установка оптронов ОС2-4. Основное предназначение этих элементов - дублирование кнопок управления.

При изготовлении частотного преобразователя своими руками для двигателя с мощностью до 400 Вт можно обойтись без термодатчика. Для того чтобы измерять напряжение, можно использовать обычный усилитель (DA-1-2). Необходимо также защитить все кнопки управления. Для этого используются пластиковые толкатели. Управление устройством осуществляется при помощи опторазвязки.

Последнее, что необходимо сделать при изготовлении частотного преобразователя своими руками, - это позаботиться о подавлении помех. Это необходимо делать лишь в том случае, если в системе используются слишком длинные провода. Когда ротор двигателя уже запущен, то можно выбрать любою скорость вращения, которая лежит в пределах частоты от 1 до 40.

Подключение

Собрать ЧП - это лишь половина дела. Вторая половина - это правильное подключение преобразователя к двигателю. Частотный преобразователь для насоса, работающего посредством использования асинхронного двигателя, может подключаться по двум методам. Выбор метода зависит от напряжения сети.

Если она обладает напряжением в 220 В и всего одной фазой, то наиболее выгодная схема подключения - это треугольник. Тут важно запомнить одну вещь. Выходной ток не может превышать номинальный более чем на 50 %.

Если подключать частотный преобразователь на 380 В и трех фазах, то для подсоединения к двигателю лучше всего прибегнуть к такой схеме, как звезда. Для того чтобы максимально упростить этот процесс, на покупных ЧП имеются специальные клеммы, которые обладают нужной маркировкой. На самодельном придется обойтись без этого.

Важно не забыть, что в любой системе, самодельной или покупной, должна быть схема, имеющая клемму для заземления.

Обслуживание устройства

Как уже говорилось ранее, просто собрать ЧП и подключить его - мало. Еще одна важная часть, которая гарантирует длительный срок службы устройства, - это обслуживание прибора. Частотный преобразователь для насоса, двигателя или любого другого устройства, должен подвергаться тщательному уходу:

  1. Наиболее страшный враг электронного оборудования - это пыль. Важно следить, чтобы на внутренних контактах она не скапливалась. Для удаления этих частиц мусора можно использовать компрессор с невысокой мощностью. Пылесос использовать нежелательно, так как он не сможет убрать плотный слой пыли.
  2. Необходимо регулярно проверять работоспособность всех узлов. При возникновении неполадок сразу их менять. Нормальный срок эксплуатации электролитического конденсатора - 5 лет, для предохранителя - 10 лет. Вентиляторы, работающие внутри устройства, нужно менять каждые 2-3 года, внутренние шлейфы - каждые 6 лет.
  3. Очень важно следить за такими параметрами, как температура внутренних элементов, а также напряжение на шине постоянного тока. Если температура повысится слишком сильно, то термопаста с большой долей вероятности высохнет, что приведет к выходу из строя конденсаторов. Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется менять термопасту каждые три года.
  4. Важно соблюдать следующие правила эксплуатации: температура окружающего воздуха не выше +40 градусов; помещение должно быть сухим, повышенная влажность недопустима; повышенная запыленность также отрицательно скажется на приборе.

Структурное устройство ЧП

Для того чтобы точно ответить на вопрос, как сделать частотный преобразователь, необходимо разобраться еще в одном пункте. Это - структурное устройство данного прибора.

Так как ориентироваться при изготовлении нужно на покупные модели, то и схема должна быть соответствующей. А это значит, что работать он должен на структуре двойного преобразования. У этой схемы имеются основные части: звено постоянного тока, силовой импульсный инвертор и система управления.

Если рассматривать более детально, то часть с постоянным током состоит из двух соединений: неуправляемый выпрямитель и фильтр. Именно в этом элементе переменное напряжение, которое действует в сети, будет преобразовываться в постоянное.

Второй элемент - силовой импульсный инвертор. Он является трехфазным, а состоит из шести транзисторных ключей. Они предназначены для подключения соответствующей обмотки двигателя к каждому из ключей как положительному, так и отрицательному. Этот элемент отвечает за преобразование поступающего постоянного напряжения в трехфазное и переменное. Также это устройство задает нужную частоту и амплитуду.

Последний элемент - это система управления. Здесь используются силовые IGBT-транзисторы. Если сравнивать с обычными тиристорами, то частота переключения у транзисторов выше. Это позволяет вырабатывать выходной сигнал в форме синусоиды с минимальным искажением.

Частотные преобразователи на микроконтроллере

Принцип работы таких устройств является следующим. Изначально характеристики всех микроконтроллеров (МК) настраиваются так, чтобы работать в паре с напряжением в 200 В, а также частотой поля в 50 Гц. Другими словами, они настроены по умолчанию для работы в паре с наиболее примитивными асинхронными двигателями 220 В/50 Гц. Также имеется такой показатель, как скорость набора частоты. По умолчанию это значение устанавливается как 15 Гц/сек. Это означает, что разгон МК до 50 Гц будет занимать чуть более чем 3 секунды, а, к примеру, до 150 Гц за 10 секунд ровно. Также важно отметить, что изначально ЧП является скалярным. Другими словами, чем выше будет выходная частота двигателя, тем выше будет его напряжение.

Ремонт и наладка прибора

Ремонт частотных преобразователей - неотъемлемая часть работы с этими устройствами. Довольно часто случается такая проблема, как выход из строя тормозного резистора. Если это происходит, то ЧП не сможет работать на полную мощность. Для того чтобы установить, вышел ли из строя тормозной элемент или нет, имеется таблица, в которой приведены все номинальные значения для всех типов элементов. Если после сверки с этим документом выяснилось, что какой-либо параметр не совпадает, то резистор нужно менять.

Также могут быть сбои в том случае, если ЧП оказался слишком мощным или же сеть слишком слабая для этой модели. Тут дело заключается в принципе работы элементов ЧП. Он рассчитан на эксплуатацию при постоянном высоком напряжении. Если параметры сети не дотягивают до минимальных показателей, требуемых для работы, то и выполнять свои функции он не сможет. Как таковой ремонт частотного преобразователя тут не требуется, необходимо купить менее мощный прибор.

Основные показатели преобразователей

К основным характеристикам этих устройств можно отнести следующее:

  • рабочее напряжение в пределах от 220 до 480 В;
  • все модели обладают защитой lP54;
  • температурный режим, требуемый для нормальной эксплуатации, в пределах от +10 до +40 градусов по Цельсию;
  • мощность для большинства покупных моделей - от 1 кВт.

Кроме того, существуют такие модели, как двухзвенные частотные преобразователи, а также такие разновидности, как матричные и векторные устройства. К примеру, векторный тип - это ЧП переменного тока и напряжение, которое подается на него, необходимое для создания нужной амплитуды. Этот тип прибора обеспечивает включение в работу двигателя спустя 2 секунды после запуска ЧП. Однако недостатком стало то, что он довольно дорогой, а потому его популярность стремительно падает.

Очень важно заметить, что подбирать просто мощный прибор - это неправильно. Выбор должен осуществляться в соответствии с рабочими параметрами сети. Если купить слишком мощный частотный преобразователь для электродвигателя, то получится, что будет переплата за то оборудование, которое будет представлять угрозу, а не регулировать работу агрегата.

www.syl.ru

Частотный преобразователь - работа, виды + инструкция подключения для управления электродвигателями

Электрические двигатели, в том числе трехфазные асинхронного типа, получили широкое распространение в разнообразных сферах деятельности. Рабочий цикл агрегатов связан с плавным их запуском и аналогичным способом остановки. Для решения проблемы управления частотой тока и скоростью двигателя применяются частотные преобразователи.

Краткое содержимое статьи:

Назначение и достоинства

Электромагнитные силы, образующиеся под влиянием магнитного поля, создаваемого якорной обмоткой, приводят ротор в движение. Его вращение происходит с числом оборотов, которое задается частотой сетевого тока. При частоте в 50 Гц происходит 50 колебаний в течение 1 с. Следовательно, скорость вращения ротора составит 3000 об./мин.

Назначение частотных преобразователей состоит в том, чтобы посредством изменения параметров частоты тока обеспечить эффективное управление двигателем.

Достоинствами этих приспособлений являются:

  • обеспечение плавности работы мотора в момент пуска и торможения;
  • регулирование работой двигателей, собранных в группу;
  • отсутствие необходимости применения редукторов и иных механических устройств для управления скоростью движка;
  • обеспечение работы систем управления приводами на многофункциональной основе;
  • возможность корректировок в настойках без прерывания работы агрегата.

Разновидности устройств

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют основные типы частотных преобразователей 220/380 – индукционные и электронные. К первому варианту относят асинхронные разновидности электрических двигателей, особенностью которых является применение схемы с фазным ротором.

При этом они имеют возможность работать в режиме генератора. Однако они не сильно распространены в практике, поскольку у них невысокий КПД и низкая эффективность.

А вот электронный вариант может быть использован как при функционировании асинхронных движков, так и модификаций синхронного вида. Управление двигателями производится несколькими принципиально различающимися способами:

Посредством скалярного управления, исходя из линейных закономерностей. В этом случае учитывается пропорциональная зависимость амплитуды от частоты. Если частота меняется, то амплитуда входного напряжения также будет изменяться. В результате это влияет на крутящий момент, КПД, и уровень мощности.

Задание равномерности момента нагрузки обеспечивается постоянством соотношения амплитуды с выходной частотой. Преобразующее устройство и формирует указанное равновесие.

При векторном подходе момент нагрузки постоянен при любых пределах частотных изменений. Это позволяет получить большую точность регулирования. Возрастает и гибкость реагирования электропривода на скачки в выходной нагрузке. Частотный преобразователь для асинхронного двигателя обеспечивает постоянный контроль над моментом вращения.

Важно помнить, что фаза тока статора, которая меняется под действием магнитного поля, и представляет собой вектор тока. Он управляет моментом вращения. Таким образом, в этом случае используется амплитудная или широтно-импульсная система регулировки сигнала.

Конструктивное исполнение

Существуют разные виды частотных преобразователей для двигателя. Но при этом конструктивно можно выделить отдельные типичные блоки. Данные компоненты тесно связаны между собой. Блок управления определяет работу выходного каскада.

При этом определяющую роль играет возможность изменения параметров тока переменного типа. Дополнительно в устройстве предусматриваются системы защиты, находящиеся под контролем микроконтроллера.

Выпрямитель представляет собой первый модуль. Через него происходит движение тока. Здесь происходит изменение переменного тока. При помощи диодов он преобразуется в постоянный. Можно подобрать модели для однофазной сети или для трехфазного питания. В них будет отличаться число диодов.

Постоянное напряжение с высокими пульсациями выходит из выпрямителя. Чтобы сгладить пульсации применяются конденсатор и индуктивная катушка. А вот процесс преобразования параметров выходящего тока происходит в инверторе.

Конструктивно в нем содержатся транзисторы. Их 6 штук — по паре для каждой фазы. А микропроцессорная система гарантирует управление скоростными показателями роторного вращения. Все это можно увидеть на фото частотного преобразователя.

Особенности подключения

Устройства, предназначенные для управления частотой, могут функционировать в условиях подключении однофазного типа или за счет трехфазного электропитания. При эксплуатации источников постоянного тока, которые имеют напряжение в 220 В, то они могут также использоваться для подключения инверторов.

Модификации трехфазного типа ориентированы на сетевое напряжение 380 В. Они направляют его на двигатель. Питание однофазных инверторов ведется от сети 220 В. На выходе они создают три фазы, которые распределены по временному параметру.

Если вас интересует вопрос, как подключить частотный преобразователь, то можно выделить две принципиальные схемы. По принципу «звезда» обустраиваются обмотки под преобразователь, который подпитывается от сети с напряжением 380 В. Если же подключение идет к однофазной сети 220 В, то применяется схема «треугольник».

При этом следует учитывать параметр соответствия мощности двигателя с возможностями инвертора. Перегружать преобразователь нельзя. Наоборот, целесообразно иметь некоторый запас по мощности.

На первом этапе подключения перед устройством монтируется автоматический выключатель с номиналом, который совпадает с рабочими характеристиками тока, потребляемого двигателем. Если инструкция как настроить частотный преобразователь, была соблюдена полностью, то фазные проводники подведены к заданным контактам двигателя.

Преобразующее приспособление должно подсоединяться к контроллеру. Также требуется подключение и к пульту. Вначале проверьте положение рукоятки – нейтральное. Затем надо запустить автомат. При соответствии процесса нормативам наблюдается световая индикация.

Небольшой поворот рукоятки приведет к активизации вращения двигателя. Кнопка реверса позволяет задать обратное направление вращения. Чтобы настроить нужную частоту, следует произвести регулировку ручкой. В последующем работа преобразователя позволит более эффективно эксплуатировать оборудование с электродвигателем.

Фото частотных преобразователей

electrikmaster.ru

структурная схема и основные узлы

Применяется преобразователь частоты для асинхронного двигателя в нескольких случаях. Во-первых, для изменения скорости вращения ротора. Во-вторых, для осуществления настроек, например времени торможения и разгона, изменения степени защиты. В-третьих, для преобразования однофазного напряжения в трехфазное. Не всегда есть возможность реализовать питание асинхронного двигателя от трехфазной сети. А для его нормальной работы и достижения максимальной мощности требуется именно такая сеть. К сожалению, в частных домах сделать трехфазное напряжение достаточно сложно. А преобразователь частоты позволяет осуществить правильное питание двигателя.

Выпрямительный каскад

Любой преобразователь, даже самый сложный по конструкции, имеет в своем составе несколько блоков. Первый – это выпрямительный каскад, который служит для преобразования переменного тока в постоянный. В зависимости от того, от какой сети производится питание, необходимо использовать различные схемы выпрямителей. Так, при включении в сеть переменного однофазного тока достаточно использовать однополупериодный выпрямитель. Стоит заметить, что ротор асинхронного двигателя имеет короткозамкнутые витки, поэтому в питании не нуждается.

Реализовать его можно при помощи одного полупроводникового диода. Но лучшими характеристиками обладает мостовой выпрямитель: потерь напряжения меньше. В качестве полупроводника используется кремний. Если решите самостоятельно изготовить преобразователь частоты для асинхронного двигателя, то для выпрямителя необходимо осуществлять подбор элементов по величине обратного тока, проводимости. Это позволит улучшить характеристики устройства.

Блок фильтрации напряжения

После выпрямительного каскада следует блок фильтров. В простейшем варианте это индуктивность (дроссель), включенная в разрыв плюса. Между плюсом и минусом включается электролитический конденсатор. С его помощью проводится избавление от всех переменных составляющих, которые остаются в выпрямленном напряжении. В результате убираются все пульсации. Если подключить выход фильтра к осциллографу и взглянуть на монитор, то можно увидеть, что линии прямые, без лишних пульсаций.

Но схема асинхронного двигателя такова, что запитывать его можно только переменным током. А на выходе фильтра возникает постоянный. Следовательно, требуется вернуть все на круги своя, сделать из постоянного напряжения переменное. Причем его значение должно быть 220 вольт (при замере между фазой и нулем). А количество фаз – три. Только при этом условии получится обеспечить работу асинхронного двигателя в нормальном режиме.

Блок инвертора

Данный каскад служит для преобразования постоянного тока в переменный. Именно в этом блоке можно проводить регулировку и изменение параметров тока на выходе. Основа инвертора – это мощные транзисторы. Любой современный преобразователь частоты для асинхронного двигателя в этом каскаде содержит сборку из шести IGBT-транзисторов. Всего используется по два полупроводника на каждую фазу. Управление ими производится по базе, включение p-n-переходов произведено последовательно. В точке их соединения снимаются три фазы. Это видно из структурной схемы, приведенной выше.

При изготовлении преобразователя частоты или проведении ремонта требуется осуществлять подбор силовых сборок по выходному току. Пожалуй, это единственный параметр, которого нужно придерживаться. Также следует учитывать возможности микропроцессорной системы управления. Не все сборки транзисторов позволяют изменять те или иные характеристики инверторного каскада. Поэтому при выборе силовых транзисторов обратите внимание на возможность управления.

Микропроцессорная система управления

В основе лежит несложный микроконтроллер, который и обеспечивает работу всей системы. Это небольшая микросхема, которая может иметь как 16 выводов, так и 32, и 64, и 128. Все зависит от того, сколько портов ввода-вывода имеется. Для управления преобразователем частоты необходимо контролировать несколько параметров. Во-первых, производить отключение при превышении температуры корпуса ПЧ. Во-вторых, включать вентиляторы при достижении некоторого значения температуры. В-третьих, проводить замер тока на каждой фазе выходного каскада. Частота асинхронного двигателя должна изменяться, делается это при помощи установленного переменного резистора.

Защита преобразователя частоты

Если контроль температуры производится при помощи простейших датчиков, то для защиты по току необходимо использовать специальные трансформаторы. Они так и называются – трансформаторы тока. Это небольшие катушки на магнитопроводе, сквозь который проходит вывод фазы. Следовательно, остается только составить несложные алгоритмы, о которых будет рассказано ниже. Что касается программирования функций, то для этой цели необходимо предусмотреть подключение к микроконтроллеру нескольких кнопок с нормально разомкнутыми контактами.

Алгоритм работы микроконтроллера

При самостоятельном изготовлении ПЧ потребуется использовать множество знаний, включая и программирование. Так, преобразователи частоты для двигателей должны иметь защиту. Следовательно, при составлении алгоритма работы микроконтроллерной системы управления необходимо прописать определенные параметры, при которых происходит аварийное отключение устройства. Например, указывается предельно допустимое значение температуры корпуса устройства, а также тока, протекающего в каждой фазе на выходе.

Кроме того, необходимо учесть, что при нулевом значении потребляемого тока в одной фазе (при условии, что в других больше) должно производиться аварийное отключение. Исходя из всего этого, нужно составить алгоритм работы, который записывается в микроконтроллер. Именно по этой схеме устройство и будет работать.

Преобразователь частоты для асинхронного двигателя должен также изменять скорость вращения ротора. Переменный резистор подключаете через делитель напряжения к порту ввода-вывода. В алгоритме следует учесть, что при изменении сопротивления на данном входе контроллера нужно увеличивать или уменьшать частоту вращения ротора.

fb.ru

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей: принцип работы и эксплуатация

Домашний уют 23 июня 2015

Сегодня в промышленности очень часто используются частотные преобразователи для асинхронных двигателей. Стоит заметить, что такие моторы имеют в своей конструкции три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Но у них есть один недостаток – регулировать скорость вращения ротора очень сложно. Но так было раньше. Сейчас, когда на помощь приходит микро- и силовая электроника, данная задача упрощается. Поворотом переменного резистора можно изменить скорость вращения в широком диапазоне.

Для каких целей необходим преобразователь частоты?

Функций у данного устройства много, но чаще всего используется небольшое количество. По сути, для управления асинхронным двигателем нужно иметь возможность регулировки не только скорости вращения, но и времени разгона, торможения. Кроме того, в любой системе требуется наличие защиты. Необходимо, чтобы частотный преобразователь учитывал ток, который потребляет асинхронный двигатель.

Широкое применение получили частотники в системах вентиляции. Несмотря на кажущуюся легкость крыльчатки вентилятора, нагрузки на роторе очень большие. И моментальный разгон оказывается невозможным. Также возникают ситуации, при которых необходимо увеличение скорости вращения, чтобы поток воздуха стал больше или меньше. Но это лишь пример, частотный преобразователь нередко используется и в других системах. С помощью частотника можно синхронизировать скорость транспортера, состоящего из нескольких лент.

Принцип работы преобразователя частоты

В основе лежит микропроцессорное управление и несколько схем для преобразования переменного и постоянного напряжений. Несколько процессов происходит с напряжением, которое подается на силовой вход устройства. Работа частотного преобразователя несложная, достаточно рассмотреть три этапа. Во-первых, происходит выпрямление. Во-вторых, фильтрация. В-третьих, инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный.

Лишь на последнем этапе возможно изменение свойств и параметров тока. Изменяя характеристики тока, можно регулировать скорость вращения ротора асинхронного двигателя. В инверторном каскаде использованы мощные сборки из транзисторов. У этих элементов три вывода – два силовых, а один управляющий. От величины сигнала, подаваемого на последний, зависит вольт-амперная характеристика на выходе частотника.

Видео по теме

Чем можно заменить ПЧ?

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей начали использоваться сравнительно недавно. Но наука шла к ним постепенно, сначала скорость вращения ротора изменяли при помощи шестерен или вариатора. Правда, такое управление было весьма громоздким, да и мощность привода тратилась впустую из-за лишних механизмов. Ременная передача помогала увеличить скорость вращения, но вот точно задать конечный параметр оказывалось очень сложно. По этим причинам использовать преобразователь частоты намного выгоднее, так как он позволяет избежать потерь мощности. Но самое главное – дает возможность изменять параметры привода, не внося изменений в механику.

Какой ПЧ выбрать для использования дома?

Стоит заметить, что подключение может осуществляться к сети одно- и трехфазного тока. Все зависит от конкретной модели ПЧ, а если конкретнее, то от того, какая схема частотного преобразователя асинхронного двигателя использовалась при производстве. Чтобы понять принцип работы, достаточно посмотреть на структуру устройства. Самый первый узел – это выпрямитель, который собирается на полупроводниковых диодах. Это мостовая схема для преобразования одно- или трехфазного переменного тока в постоянный. Для использования дома необходимо выбирать те модели частотников, вход которых подключается к сети однофазного переменного тока. Связан выбор с тем, что в частных домах провести трехфазную сеть оказывается проблематично, да и невыгодно, ведь необходимо использовать более сложные приборы учета электроэнергии.

Основные узлы ПЧ

Немного было сказано о том, что собой представляет схема частотного преобразователя. Но для детального изучения нужно рассмотреть ее подробнее. На первом этапе проводится преобразование – выпрямление переменного тока. Независимо от того, какое количество фаз на вход подается (три или одна), на выходе выпрямителя вы получаете постоянное однополярное (один плюс и один минус) напряжение величиной 220 Вольт. Именно столько между фазой и нулем.

Далее следует блок фильтров, который помогает избавиться от всех переменных составляющих выпрямленного тока. И на самом последнем этапе происходит инвертирование – из постоянного тока делается переменный при помощи силовых транзисторов, управляемых микроконтроллером. Как правило, частотные преобразователи для асинхронных двигателей имеют монохромный ЖК-дисплей, на который выводятся необходимые параметры.

Можно ли изготовить устройство самостоятельно?

Изготовление данного устройства связано со многими трудностями. Вам нужно освоить азы программирования микроконтроллеров, чтобы расширить возможности прибора. При этом важно учесть все основные требования. Например, возможность автоматического аварийного отключения при превышении предельно допустимого тока, который потребляется электродвигателем. Для этого на выходе необходимо устанавливать трансформаторы тока, которые будут проводить постоянный контроль. Также следует предусмотреть активное и пассивное охлаждение всех силовых элементов системы – диодов и транзисторов, а также отключение прибора при чрезмерном нагреве. Только в таком случае частотные преобразователи для асинхронных двигателей смогут безопасно эксплуатироваться.

Источник: fb.ru Технологии Преобразователь частоты для асинхронного двигателя: структурная схема и основные узлы

Применяется преобразователь частоты для асинхронного двигателя в нескольких случаях. Во-первых, для изменения скорости вращения ротора. Во-вторых, для осуществления настроек, например времени торможения и разгона, изм...

Домашний уют Обратный клапан для насоса: характеристики, принцип работы и отзывы. Обратный клапан для вакуумного насоса

Обратный клапан для насоса представляет собой обязательный элемент насосных станций. С его помощью можно определить направление движения воды. Прибор отключает участок трубопровода, какое-либо оборудование или насос п...

Домашний уют Сервопривод для теплого пола: принцип работы и назначение. Теплые полы водяные в частном доме

Организация системы напольного отопления требует учета множества технических аспектов. Дополнительная оснастка в виде систем контроля и управления является ключевым звеном в общей инфраструктуре теплого пола. Она вклю...

Домашний уют Вентильный двигатель: принцип работы и схема

Для того чтобы решать задачи по контролю современных прецизионных систем, все чаще используется вентильный двигатель. Это характеризуется большим преимуществом таких приборов, а также активным формированием вычислител...

Новости и общество Земснаряд для добычи песка: принцип работы и виды

Песок – очень важный элемент, использующийся в строительстве любых конструкций. Как строительный материал песок образуется в естественных условиях и из-за воздействия многих природных факторов. От того, в каких ...

Образование Асинхронный двигатель, принцип работы - нет ничего проще…

Слово «двигатель» всегда порождает представление чего-то подвижного, и даже чаще -  вращающегося. Понятное дело – потому и двигатель. Суть любого двигателя - в том, чтобы преобразовать какой-либ...

Домашний уют Дефлектор для вентиляции: виды, принцип работы и его назначение

Если труба лишена дефлектора для вентиляции, в процессе эксплуатации системы могут возникнуть сложности с тягой. Отток дыма может быть приостановлен или прекращен по нескольким причинам, среди которых:снег...

Автомобили Карбюратор и инжектор: разница, сходство, преимущества и недостатки карбюраторных и инжекторных двигателей, принцип работы и отзывы специалистов

Уже более ста лет автомобиль прочно обосновался в нашей жизни. За это время он успел стать привычным, обыденным средством передвижения. Непрерывно совершенствуясь, получил широкое распространение по классам, видам и с...

Бизнес Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. Асинхронный тип двигателя: принцип работы, описание и функции

Как и большинство электромоторов, асинхронный двигатель переменного тока (АД) имеет фиксированную внешнюю часть, которая именуется статором, и ротор, вращающийся внутри. Между ними есть тщательно рассчитанный воздушны...

Домашний уют Можно ли собирать частотные преобразователи своими руками? Принцип работы и схема подключения частотных преобразователей

Изготовить частотные преобразователи своими руками довольно сложно, так как необходимо очень хорошо разбираться в силовой электронике и полупроводниковой технике. Но перед тем как задуматься о проектировании данного у...

monateka.com