17 часто задаваемых вопросов о преобразователе частоты и электродвигателе — Статьи

Дата публикации: 21.08.2019

В данной статье мы подобрали для вас ответы на наиболее часто задаваемые вопросы по работе электродвигателей и частотных преобразователей.

1. Что такое электромеханический привод?

Ответ: Электромеханический привод – это система, состоящая из электродвигателя, механического передаточного устройства, электрического силового преобразователя и электронного устройства управления, осуществляющая управляемое преобразование электрической энергии в энергию движения механического объекта.

2. Что такое преобразователь частоты?

Ответ: Преобразователь частоты – это устройство для управляемого питания электродвигателя.

3. В чем заключается назначение преобразователя частоты?

Ответ: Назначение преобразователя частоты – это управление моментом/скоростью вращения электродвигателя за счет изменения частоты и напряжения питания.

4. Что такое ШИМ?

Ответ: ШИМ (Широтно импульсная модуляция) – это метод получения регулируемого выходного напряжения путем изменения длительности коммутации.

5. Как согласуется выходное напряжение ПЧ с входным?

Ответ: Выходное напряжение может меняться от 0 до уровня входного напряжения ПЧ (возможна перегрузка в несколько процентов). Соответственно при питании ПЧ от сети 220В не возможно развить номинальный момент на двигателе подключенным по схеме питания 380В.

6. Как согласуется выходная частота ПЧ с номинальной входной?

Ответ:  Выходная частота формируется посредством ШИМ и может меняться в диапазоне от 0 до 400 -590 Гц (в зависимости от модели ПЧ). В зависимости от выходной частоты ПЧ меняется скорость вращения вала двигателя.

7. Возможно ли управлять ПЧ однофазными двигателями?

Ответ: Нет.

8. Возможно ли управлять ПЧ с однофазным питанием, трехфазными двигателями?

Ответ: Да, до 2,2 кВт.

9. Основные плюсы использования преобразователей частоты?

Ответ: Их 2. Во-первых, экономия электроэнергии при работе электродвигателя. Во-вторых, реализация сложных технологических процессов за счет изменения частоты вращения приводов.

10. Какой принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

Ответ: ПЧ создает вращающееся магнитное поле в статоре, а оно создает электрическое поле в короткозамкнутом роторе (принцип магнитной индукции). Происходит взаимодействие между полями ротора и статора. Поле ротора стремится вращаться также как поле статора, тем самым ротор приходит во вращение.

11. От чего зависит номинальная скорость вращения ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

Ответ: Она зависит от частоты питающего напряжения и количества пар полюсов и скольжения. Преобразователь частоты позволяет регулировать частоту питающего напряжения и тем самым скорость вращения вала ЭД.

12. Какое значение имеет скорость вращения вала электродвигателя при его работе от сети?

Ответ: Скорость равна номинальной частоте двигателя.

13. Какова скорость вращения вала электродвигателя при его работе от ПЧ?

Ответ: Скорость регулируется от ПЧ .

14. Как связан момент с током электродвигателя?

Ответ: Для двигателя с постоянными магнитами момент пропорционален току статора. Для асинхронных двигателей зависимость между током и моментом нелинейная, но в рабочей зоне рост тока приводит к росту момента.

15: Какие существуют способы подключения обмоток двигателя?

Ответ: Треугольник, Звезда (изменяется номинальное напряжение и ток двигателя).

16: При подключении в звезду или треугольник будет больше номинальное линейное напряжение двигателя?

Ответ: Линейное напряжение будет больше для звезды (соответственно ток наоборот меньше).

17: Что такое скольжение?

Ответ: Скольжение – это разница между скоростью поля  статора и частотой вращения ротора в процентах.

Смотрите так же:

Функция «Спящий режим» преобразователя частоты Danfoss FC-051 (Реализация на встроенном контроллере)

Управление частотным преобразователем Danfoss серии FC51 с панели оператора Weintek MT8121XE1WK

Для заказа преобразователя частоты перейдите в каталог по ссылке — VLT Micro Drive

Все о частотных преобразователях

    Частотные преобразователи — это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

    В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

    При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

    Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f- частота питающей сети, p — количество пар полюсов.

    Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

• — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
• — изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
• — изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

    В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

    В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

    Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
    Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

    Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

    Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

← Отопление по — новому, или как правильно выбрать котел для автономного отопления
 | 
Торцевые уплотнения, причины выхода со строя в насосах →

Объяснение скоростей двигателя

: знакомство с двигателями переменного и постоянного тока

Скорость, крутящий момент, мощность и напряжение — все это важные факторы при выборе двигателя. В этом блоге, состоящем из двух частей, мы углубимся в особенности скорости двигателя. В части 1 мы обсудим, как скорость зависит от типа двигателя, а в части 2 мы рассмотрим, когда следует рассмотреть возможность добавления редуктора в приложение.

Скорости асинхронных двигателей переменного тока

Двигатели переменного тока уникальны, поскольку они сконструированы для работы на определенных скоростях независимо от их конструкции или производителя. Скорость двигателя переменного тока зависит от количества полюсов и частоты сети электропитания, а не от его напряжения. Обычные двигатели переменного тока имеют два или четыре полюса. В полюсах статора создается магнитное поле, которое индуцирует результирующие магнитные поля в роторе, которые следуют частоте изменяющегося магнитного поля в статоре. Двухполюсные двигатели переменного тока, работающие на частоте 60 Гц, всегда будут работать со скоростью примерно 3600 об/мин, а четырехполюсные двигатели переменного тока будут иметь скорость около 1800 об/мин.

Скорость = 120 x частота (Гц)/количество полюсов двигателя

Пример 120 x 60 Гц/4 полюса = 1800 об/мин.

Имейте в виду, что скорость двигателя переменного тока не будет работать при этих точных числах — и будет немного ниже — потому что для создания крутящего момента двигатель должен иметь определенное скольжение. Ротор всегда будет вращаться медленнее, чем магнитное поле статора, и постоянно играет в догонялки. Это создает крутящий момент, необходимый для запуска двигателя переменного тока. Разница между синхронными скоростями статора (3600 и 1800 об/мин) и реальной рабочей скоростью называется скольжением. (Дополнительную информацию о скольжении см. в нашем блоге «Синхронные и асинхронные двигатели: обнаружение различий».)

Управление может использоваться для изменения скорости трехфазного двигателя переменного тока путем увеличения или уменьшения частоты, передаваемой на двигатель, что приводит к его ускорению или замедлению. Кроме того, многие устройства управления переменным током имеют однофазный вход, поэтому это позволяет запускать трехфазные двигатели на объектах, где нет трехфазного питания.

Однако такая возможность изменять скорость обычно недоступна для однофазных двигателей переменного тока. Эти двигатели подключаются непосредственно к стандартной настенной розетке и работают на доступной заданной частоте. Исключением из этого эмпирического правила может быть потолочный вентилятор, который работает от однофазного двигателя переменного тока, но имеет три различных режима скорости.

Скорости двигателя постоянного тока

Хотя двигатели постоянного тока с постоянными магнитами также имеют полюса, эти полюса не влияют на скорость, как у двигателей переменного тока, поскольку на двигатели постоянного тока влияет несколько других факторов. Количество витков провода в якоре, рабочее напряжение двигателя и сила магнитов влияют на скорость двигателя. Если двигатель постоянного тока работает от батареи 12 В, это максимальное напряжение, доступное для устройства, и двигатель сможет работать только на скорости, номинальной для 12 В. Если батарея разряжена и подает меньшее напряжение, скорость соответственно уменьшится.

Теперь, если вы подключите тот же двигатель на 12 В постоянного тока к источнику питания на 24 В постоянного тока, ваша скорость обычно удваивается. Имейте в виду, что работа двигателя на удвоенной скорости при той же точке нагрузки/крутящего момента заставит двигатель работать с большей нагрузкой, выделяя дополнительное тепло, которое со временем может привести к преждевременному выходу двигателя из строя.

Как и в случае с трехфазными двигателями переменного тока и бесщеточными двигателями постоянного тока, элементы управления можно использовать с двигателями постоянного тока. Регуляторы постоянного тока регулируют скорость, изменяя напряжение, подаваемое на двигатель (это отличается от средств управления двигателем переменного тока, которые регулируют частоту сети для двигателя).

Типичные скорости холостого хода или синхронные скорости для двигателей переменного тока малой мощности составляют 1800 или 3600 об/мин и 1000-5000 об/мин для двигателей постоянного тока малой мощности. Если приложение требует более низкой скорости и/или более высокого крутящего момента, следует рассмотреть редукторный двигатель. Чтобы узнать больше о добавлении редуктора, ознакомьтесь с частью 2, «Объяснение скоростей двигателя: когда использовать редуктор».

Вы понимаете принцип работы трехфазного асинхронного двигателя?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок. Двигатели переменного тока работают от сети переменного тока и подразделяются на синхронные, однофазные и трехфазные асинхронные двигатели, а также двигатели специального назначения. Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что они не требуют пускового устройства.

A Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название из-за того, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля (среднеквадратичная сила).

Производство вращающегося магнитного поля

Статор асинхронного двигателя состоит из ряда перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120°. Когда первичная обмотка или статор подключены к 3-фазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Направление вращения двигателя зависит от чередования фаз питающих линий и порядка подключения этих линий к статору. Таким образом, перепутав подключение любых двух первичных клемм к источнику питания, направление вращения изменится на противоположное.

Количество полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения статора двигателя. Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость, термин, обозначающий скорость, с которой будет вращаться поле, создаваемое первичными токами, определяется следующим выражением.

Синхронная скорость вращения = (120 x частота питания) / число полюсов на статоре

Создание магнитного потока

Вращающееся магнитное поле в статоре является первой частью операции. Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны нести некоторый ток. В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает проводящие стержни ротора и индуцирует электродвижущую силу (ЭДС).

Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замыкаются через внешнее сопротивление, либо замыкаются напрямую. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к крутящему движению или крутящему моменту в роторе.

Как следствие, скорость ротора не будет достигать синхронной скорости среднеквадратичной силы в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцируется в роторе, ток не будет течь, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется скольжением.

Преимущество вращения магнитного поля в асинхронном двигателе состоит в том, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.