Симисторы более гибкие, чем тиристоры. Они позволяют управлять двигателями с несколькими скоростями, поддерживают работу на постоянном и переменном токе и минимизируют уровень шума. Симистор считается одним из самых дешевых и качественных контроллеров.
Частотный регулятор для асинхронного двигателя – устройство и принцип работы
Электрические двигатели
Автор Aluarius Время чтения 4 мин Просмотров 729 Опубликовано 24.12.2015
В электромонтаже есть места, где без электродвигателя постоянного тока не обойтись. Этот электродвигатель можно регулировать по скорости вращения ротора, что необходимо в электроустановках. Однако у него много недостатков, и один из них заключается в том, что щетки быстро изнашиваются, если они установлены с перекосом, и срок их службы довольно короткий. При их износе образуются искры, поэтому такой двигатель не следует использовать во взрывоопасных и пыльных зонах. Кроме того, двигатель постоянного тока стоит дорого. Чтобы изменить эту ситуацию, используется асинхронный двигатель и преобразователь частоты для асинхронного двигателя.
Двигатели переменного тока превосходят двигатели постоянного тока практически по всем параметрам. Во-первых, они более надежны. Во-вторых, они меньше по размеру и весу. В-третьих, цена ниже. В-четвертых, они проще в эксплуатации и подключении.
Единственным их недостатком является то, что трудно регулировать скорость. В этом случае обычные методы регулирования частоты асинхронных двигателей не подходят, то есть изменение напряжения, регулировка сопротивления и так далее. Регулирование частоты асинхронного двигателя является проблемой номер один. Хотя теоретическая основа известна с 1930-х годов. Причиной тому была высокая стоимость преобразователя частоты. Ситуация изменилась с изобретением микросхем, которые благодаря транзисторам позволили собрать преобразователь частоты с минимальными затратами.
Принцип регулирования
Таким образом, управление скоростью асинхронного двигателя основано на одной формуле. С ним можно ознакомиться ниже.
- ω – угловая скорость вращения статора;
- f – частота входного напряжения;
- p – количество полюсных пар.
На самом деле, оказывается, что скорость вращения электродвигателя можно изменить, просто изменив частоту напряжения. Что это означает на практике? Первое — более плавная работа двигателя, что особенно заметно при запуске устройства, когда двигатель работает даже при максимальной нагрузке. Вторая — повышенное скольжение. Это повышает эффективность и снижает потери энергии.
Читайте также: Преобразователи частоты — принцип работы, схемы подключения и критерии выбора
Структура частотного регулятора
Все современные преобразователи частоты основаны на так называемом принципе двойного преобразования. Это означает, что переменный ток преобразуется в постоянный с помощью неуправляемого выпрямителя и фильтра. Затем постоянный ток преобразуется обратно в переменный ток через (трехфазный) импульсный преобразователь. Сам инвертор состоит из шести силовых переключателей (транзисторов), поэтому каждая обмотка электродвигателя подключается к определенному ключу выпрямителя (положительному или отрицательному). Инвертор изменяет частоту напряжения, подаваемого на обмотки статора. Таким образом, регулируется частота работы электродвигателя.
В этом устройстве на выходе установлены силовые транзисторы. Они функционируют как переключатели. Сравнивая их с тиристорами, отметим, что первые производят сигнал в виде синусоиды. Именно такая форма дает минимальные искажения.
Принцип работы
Теперь рассмотрим принцип работы преобразователя частоты. Чтобы понять это, мы рекомендуем проанализировать следующий рисунок.
Итак, давайте посмотрим на рисунок, где
- «В» — это неуправляемый силовой выпрямитель диодного типа.
- «АИН» — автономный инвертор.
- «СУИ ШИМ» — система широтно-импульсного управления.
- «САР» — система автоматического регулирования.
- «Св» — конденсатор фильтра.
- «Lв» — дроссель.
Из схемы видно, что инвертор регулирует частоту напряжения с помощью широтно-импульсного управления (это высокая частота). Эта часть регулятора отвечает за поочередное подключение обмоток статора двигателя к положительному полюсу выпрямителя, а затем к отрицательному полюсу. Частота соединения с полюсами следует синусоидальной кривой. В этом случае частота импульсов определяется частотой ШИМ, поэтому управление частотой работает.
Предназначение и функции регуляторов
Не так давно управление скоростью асинхронных двигателей состояло из простых ручных переключателей и магнитного реле, с помощью которых двигатель можно было запустить только на максимальной скорости или полностью выключить.
Любой регулятор скорости двигателя, включая частотный преобразователь, используется для изменения скорости вращения двигателя. Основная функция регулятора скорости заключается в изменении мощности выхлопной системы или других устройств. Но у этих устройств есть дополнительные функции, о которых не стоит забывать:
- уменьшение износа оборудования в процессе эксплуатации;
- экономия потребляемой электрической энергии;
- снижение шумов на максимальных оборотах.
Большинство регуляторов оборотов двигателя могут использоваться как отдельный компонент системы или как продолжение электронного блока управления, бытового устройства двигателя.
Варианты регулировки скорости электродвигателя
Чтобы изменить скорость асинхронного двигателя или другого двигателя, существуют различные возможности регулирования скорости:
- регулировка подачи напряжения;
- переключение обмоток асинхронных многоскоростных двигателей;
- частотная регулировка показателей тока;
- использование электронного коммутатора.
Изменение напряжения позволяет использовать относительно недорогие устройства для бесступенчатого или многоступенчатого регулирования скорости. Для асинхронных двигателей, имеющих внешний ротор, лучше использовать регулятор сопротивления якоря для изменения скорости. В этом случае частотное регулирование позволяет изменять значения скорости в относительно широком диапазоне.
Разновидности моделей, регуляторов оборотов
Регуляторы скорости для однофазных, трехфазных и асинхронных двигателей принципиально различаются в отношении изменения скорости:
- регуляторы, собранные на тиристорах;
- симисторные стемы изменения скорости;
- частотные регуляторы;
- регуляторы на основе трансформаторов.
Тиристорные регуляторы скорости используются для однофазных двигателей и, помимо изменения скорости, также позволяют защитить агрегаты от перегрева и колебаний напряжения.
Симисторные контроллеры могут одновременно управлять несколькими двигателями постоянного и переменного тока, при условии, что параметры мощности не выходят за установленные пределы. Этот метод изменения скорости является одним из самых популярных, когда скорость необходимо регулировать путем изменения значений напряжения от минимального до номинального значения.
Трехфазный контроллер, который является более точным, оснащен предохранителем, контролирующим уровень тока. Для снижения шума на низких скоростях установлен сглаживающий фильтр из конденсатора.
Регулятор скорости для асинхронных двигателей преобразует входное напряжение в диапазоне от 0 до 480 вольт, и скорость регулируется непосредственно изменением подаваемой электрической мощности. Эти регуляторы чаще всего используются в трехфазных двигателях, системах кондиционирования и вентиляции с достаточно высокой мощностью.
Для электродвигателей большой мощности также используются однофазные или трехфазные регуляторы с трансформатором. Это позволяет регулировать скорость двигателей ступенчато. Один трансформатор может использоваться для управления несколькими устройствами в автоматическом режиме.
