Как изменить частоту вращения асинхронного двигателя
Requested virtual server does not exist or temporarily unavailable.
Возможные причины ошибки:
Possible causes of error :
-
Сервер, на котором размещён данный ресурс перегружен;
The server is overloaded;
The virtual server has been incorrectly configured;
Service for requested resource is suspended;
Свяжитесь с нами для получения подробной информации. Контакты
Contact us for more information. Our contacts
Как изменить частоту вращения асинхронного двигателя
Requested virtual server does not exist or temporarily unavailable.
Возможные причины ошибки:
Possible causes of error :
-
Сервер, на котором размещён данный ресурс перегружен;
The server is overloaded;
The virtual server has been incorrectly configured;
Service for requested resource is suspended;
Свяжитесь с нами для получения подробной информации. Контакты
Contact us for more information. Our contacts
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).
Регулировка оборотов асинхронного двигателя
Асинхронные электродвигатели – самые распространенные электрические машины, применяемые в приводах промышленного и бытового оборудования. Главные их достоинства: относительно небольшая масса при высокой мощности, простая конструкция, низкая цена.
Рассмотрим способы регулирования частоты вращения ротора асинхронных двигателей. Теоретически скорость вала можно разгуливать несколькими способами:
На практике чаще всего используют 2 метода:
- Изменение числа полюсов статора.
- Регулирование напряжения на обмотках статора или ротора.
- Изменение частоты питающего напряжения.
Для регулировки скорости асинхронных электрических машин также применяют механические редукторы. Рассмотрим устройство асинхронного электродвигателя и преимущества и недостатки каждого метода изменения частоты вращения.
Устройство асинхронного электродвигателя
Различают 2 основных типа асинхронных электрических машин с фазным и короткозамкнутым ротором. Конструкция последних показана на рисунке:
Двигатель состоит из вращающегося ротора, неподвижного статора, корпуса и станины. В статор уложена трехфазная обмотка с угловым расстоянием 120 °, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник».
Конструкция ротора – так называемая «беличья клетка» состоит из стержней загнутых между 2 кольцами.
При подаче напряжения на обмотки статора возникает магнитное поле, которое наводит ток во вращающейся части, при взаимодействии полей ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора. Частота вращения подвижной части несколько отстает от скорости вращения поля, эта разность называется скольжением.
Электрические машины с фазным ротором отличаются конструкций вращающейся части. В ней уложена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «звезда» и подключенная к регулировочному реостату. Таким образом, ток в ней можно регулировать, изменяя частоту вращения и момент.
Конструкция двигателей с фазным ротором более сложная, к преимуществам таких электрических машин относят улучшенные пусковые характеристики.
Методы регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов и напряжения на обмотках
Частота вращения вала асинхронных двигателей определяется из формулы: n = 60f / p, где f – частота напряжения сети Гц, р – число пар полюсов статора. Таким образом, подавая напряжение на разные секции обмоток, можно изменять количество подключенных пар полюсов и регулировать скорость двигателя. К недостаткам такого метода относятся усложнение конструкции. Кроме того, регулировать скорость можно только ступенчато на число, кратное количеству пар полюсов.
Еще один метод изменения скорости двигателя – регулировка величины питающего напряжения. Он непригоден для асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором, так как при снижении напряжения на обмотках статора значительно снижает жесткость механических характеристик.
Область применения такого способа – приводы с асинхронными двигателями с фазным ротором. Для регулирования напряжения в цепь ободок вращающейся части вводится реостат. Таким образом, можно плавно изменять скорость вращения вала до синхронной частоты 3000 об/мин.
К недостаткам относят значительную потерю напряжения на резистивном элементе, недостаточную эффективность при небольшой нагрузке.
Механические характеристики при этом также ухудшаются.
Частотное регулирование скорости асинхронных двигателей
Скоростью вращения асинхронных двигателей также можно управлять путем изменения частоты питающего напряжения. С появлением быстропереключаемых транзисторов и тиристоров стало возможным применять электронные инверторы для изменения частоты напряжения, подаваемого на статор.
Такой метод лишен всех недостатков управления напряжением и обладает следующими преимуществами:
- Сохранение жесткости характеристик на любой скорости независимо от нагрузки.
- Плавное, бесступенчатое изменение скорости вращения.
- Возможность регулировки вверх и вниз от синхронной скорости.
- Небольшие габариты и масса.
Частотные преобразователи не требуют изменения конструкции электродвигателей. Они могут применяться для всех типов электрических машин переменного тока с фазным или короткозамкнутым ротором.
Различают несколько типов ПЧ и методов частотного управления. Рассмотрим наиболее распространенные типы и способы.
Виды преобразователей частоты
Одна из самых первых схем частотных преобразователей – устройства с непосредственной связью с сетью. ПЧ такого типа имеют гальваническую связь с электросетью и обычно построены на базе быстропереключаемых тиристоров. Полупроводниковые элементы включены по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.
Устройства с непосредственной связью обеспечивают стабильную работу на малых скоростях двигателей, обладают высоким КПД. Преобразователи также могут обеспечивать возврат электроэнергии в сеть в режиме торможения двигателей. При необходимости мощность устройств возможно увеличить путем подключения дополнительных блоков. К недостаткам устройств относятся: несинусоидальная форма напряжения, возможность регулирования скорости только в меньшую сторону, относительная сложность схемы управления.
Наиболее распространенные в низковольтном приводе преобразователи частоты выполнены на базе схемы двойного преобразования с явно выраженным звеном постоянного тока.
Силовая часть схемы состоит:
- Из диодного трехфазного выпрямителя. Блок обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный.
- Из звена постоянного тока. Емкостной элемент обеспечивает фильтрацию постоянной составляющей и сглаживание пульсаций, возникающих при работе инвертора.
- Из инвертора. Функциональный блок на быстропереключаемых транзисторах преобразовывает постоянное напряжение в переменное. Частота задается алгоритмом открытия/ закрытия полупроводниковых элементов и определяется широтно-импульсным модулятором.
Схемы двойного преобразования обеспечивают чистую синусоидальную форму напряжения на выходе, позволяют управлять скоростью выше и ниже синхронной частоты, обеспечивают жесткость характеристик во всем диапазоне. К недостаткам относят некоторую потерю мощности за счет двойного преобразования электроэнергии, сложность конструкции, относительно высокую стоимость.
Заключение
Управление скоростью вращения вала частотой питающего напряжения статора – самый эффективный способ. Преобразователи частоты:
- Уменьшают пусковые токи.
- Существенно сокращают потребление электроэнергии.
- Позволяют регулировать момент при динамической нагрузке.
- Плавно регулируют частоту вращения вала в широком диапазоне.
Устройства также обеспечивают защиту от перекоса фаз, перегрузки, коротких замыканий и перепадов напряжения. Современные ПЧ также позволяют реализовать любой закон автоматического регулирования, осуществлять удаленное управление, вести журнал событий и многое другое.