Ноутбук можно использовать в режиме осциллографа для наблюдения за изменениями значений параметров в реальном времени. В этом случае также необходимо заранее подготовить помещение с изолированной поверхностью и предусмотреть работу ноутбука в режиме аккумулятора.
Преобразователь частоты для электродвигателя: назначение, свойства, схемы подключения
Электродвигатели являются составной частью бытового и строительного оборудования, а также производственных установок. Двигатели малой мощности используются в холодильниках, которые охлаждают компьютеры и электронное оборудование. Но не все хорошие и недорогие двигатели могут работать на разных скоростях, что ограничивает их возможности. Преобразователь частоты для электродвигателя — это как раз то, что нужно для преодоления этой трудности. Это устройство изменяет частоту электрического тока, что решает многие проблемы.
Преобразователь частоты — это электронное устройство, которое изменяет частоту электрического тока и напряжения. Пределы изменения фиксированы. Частота может изменяться в диапазоне от 1 Гц до 500 Гц. И это не максимум, а предел настройки обычного преобразователя частоты. Современные преобразователи частоты основаны на электронных системах, которые позволяют точно поддерживать частоту и напряжение. При желании можно создать условия плавного пуска. Все это позволяет использовать относительно недорогие двигатели постоянного тока там, где раньше это было невозможно.
Некоторые преобразователи частоты управляются микропроцессором
Частотный инвертор с асинхронным электромотором
Асинхронные двигатели потребляют во много раз больше энергии при запуске по сравнению с нормальной работой. Пусковые токи могут в 6-8 раз превышать рабочие токи. Эти мгновенные перенапряжения являются причиной сбоя в сети. Напряжение быстро падает, а затем также резко восстанавливается. При включении особенно мощного двигателя параметры сети изменяются настолько сильно, что воспринимаются чувствительными устройствами как сбой питания. В результате компьютеры перезагружаются, лампы мигают или полностью гаснут, электропитание котлов перегорает и т.д.
Проблема была решена путем установки конденсаторов для сглаживания перенапряжений. Однако требуются конденсаторы большой емкости — 70 мкФ на каждый киловатт мощности, и такая же емкость должна быть подключена для нейтрализации пускового тока. Но даже в этом случае при запуске возникали перенапряжения и перегрузка двигателя. Кроме того, соединение через емкость «съедало» значительную часть мощности двигателя. Чтобы компенсировать эту потерю, необходимо было купить более мощное устройство и установить более мощный пусковой конденсатор. В общем, это было не самое лучшее решение, но оно было единственным.
Частотные преобразователи выбираются в зависимости от мощности подключенных устройств (они должны иметь запас не менее 20 %) и тока (также с запасом).
С появлением преобразователей частоты (ПЧ) эта проблема может быть решена гораздо более эффективно. Основная функция этого устройства — плавно и постепенно разгонять двигатели от нуля до полной мощности. В течение определенного периода времени (он может быть задан или иметь фиксированное значение) ток, подаваемый на двигатель, постепенно изменяет его параметры и приводит двигатель в рабочее состояние. Нет перегрузки, нет влияния на сеть. Кроме того, конденсаторы не нужны, поэтому мощность двигателя может быть примерно на 40% меньше, чем раньше (именно на столько она была снижена с конденсаторами). С другой стороны, это также способ постепенного отключения. Электродвигатель постепенно замедляется, а затем останавливается. В целом, частотный преобразователь для электродвигателя продлевает срок его службы, устраняет проблему пусковых токов и стабилизирует параметры сети.
Принцип работы
Преобразователь частоты — это устройство, которое беспристрастно изменяет частоту напряжения источника. Существуют как однофазные (220 В), так и трехфазные (380 В) устройства. Предел изменения частоты составляет от 0,1 Гц до 500 Гц. Существует два типа преобразователей — индуктивные и электронные. Индуктивные преобразователи имеют низкий КПД и поэтому используются реже. Почти все современные преобразователи частоты оснащены электронными системами управления и контроля.
Как преобразователь частоты работает с электродвигателем? Известно, что вал асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым сепараторным ротором вращается со скоростью, зависящей от частоты питающего напряжения. Скорость вращения ротора определяется по следующей формуле:
n = 60 * f/p
где n — скорость вращения ротора, f — частота питающего напряжения, а p — число пар полюсов в статоре. Как видите, отношения просты. Чем выше частота питающего напряжения, тем быстрее вращается ротор, чем ниже частота, тем медленнее вращение. Это основа для управления асинхронным двигателем с помощью преобразователя частоты, который плавно запускает и останавливает его. Остается выяснить, как это делает преобразователь частоты.
Устройство частотного преобразователя
Преобразователь частоты для электродвигателя работает следующим образом:
- Напряжение сети подается на выпрямитель, где оно преобразуется в постоянный ток.
- В модуле инвертора из постоянного напряжения формируются полярные импульсы (положительные и отрицательные) с нужной частотой. Импульсы генерируются по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
- Импульсы преобразуются в синусоидальную волну той же частоты.
Как видите, устройство не слишком сложное, но состоит из нескольких основных модулей. В более сложных моделях встраиваются дополнительные блоки для контроля и защиты параметров.
Блок-схема преобразователя частоты
Инвертор — это сердце преобразователя частоты для двигателей. В его основе лежат транзисторы IGBT. Включаясь и выключаясь, импульсы генерируются постоянным напряжением. Регулируя частоту включения и выключения, мы получаем на выходе импульс с определенной частотой.
Если изменить рабочий цикл импульса — соотношение периода и длительности импульса — площадь импульса изменится, а вместе с ней и напряжение на выходе. Таким образом, с помощью частотного преобразователя для электродвигателя мы можем изменять не только частоту, но и напряжение.
Последний блок — который сглаживает импульсы и преобразует их в синусоиду — присутствует не всегда. Частота импульсов на выходе модуля инвертора может достигать нескольких килогерц. Кроме того, обмотки двигателя имеют высокую индуктивность и сами выступают в качестве выходного фильтра.
Аналоговое выходное напряжение подается на вольтметр постоянного тока с пределом напряжения 30 В. В результате оператор машины видит на дисплее цифру, которая, несомненно, соответствует скорости полировки.
Установка частотника
Ошибки при подключении двигателя преобразователем частоты могут значительно сократить срок службы двигателя и даже повредить машину при первоначальном вводе в эксплуатацию. Важным этапом ввода в эксплуатацию является выбор предполагаемого места установки преобразователя. Необходимо учитывать ряд условий, в том числе:
- Мощность линии электропитания.
- Диапазон рабочих температур.
- Диапазон напряжения источника питания.
- Вибрация.
- Наличие агрессивных сред (какой класс защиты IP необходим).
Частотный преобразователь может быть расположен на расстоянии от двигателя. Но есть нюансы, связанные с длиной кабеля. Чтобы избежать влияния отраженных волн, скачков напряжения и корональных нагрузок, длина силового кабеля должна быть ограничена. Для ШИМ от 0,3 мс — максимум 45 м; для ШИМ от 0,1 мс — максимум 16 м.
Если двигатель специально разработан для работы с инвертором, длина кабеля может быть любой. Например, двигатели, сертифицированные по стандарту NEMA MG-1. Двигатель для частотного преобразователя должен иметь изоляцию класса F или выше, а также фазную изоляцию. Чтобы избежать нежелательных эффектов при большой длине кабеля, сглаживающие дроссели и фильтры также могут быть установлены сразу после преобразователя частоты и непосредственно перед двигателем.
Подключение преобразователя частоты к электродвигателю должно осуществляться строго в соответствии с инструкциями производителя. При подключении электропитания необходимо соблюдать особую осторожность. Перед устройством должен быть установлен автоматический выключатель с током ≥ номинального тока электродвигателя. Входные клеммы должны быть подключены только к фазам сети (заземление только в контуре заземления), а выходные клеммы — к питаемому электродвигателю. Компания Vesper разработала пояснительные схемы и подробные инструкции для каждой модели. Примером может служить электрическая схема частотного преобразователя Веспер E4-8400:
Сетевые технологии для управления
Настройка частотного преобразователя и программирование режимов работы осуществляется непосредственно с панели управления, с пульта дистанционного управления или, что еще удобнее, с помощью компьютера. Рабочая площадка может находиться на расстоянии многих километров от преобразователя частоты, что требует использования сетевых технологий.
Для обеспечения совместной работы двигателя и системы автоматического управления используются различные протоколы связи. Наиболее распространенным является протокол связи Modbus с интерфейсом RS-485. Управляющий сигнал по линиям RS-485 передается по кабелю. Даже если у вас нет необходимости подключать частотный преобразователь непосредственно к системе дистанционного управления, следует предусмотреть этот вариант подключения на будущее и заранее спланировать, где удобнее всего разместить дистанционную линию и подключить ее к сети.
ПЧ — органы управления
Преобразователи частоты Веспер оснащены панелью управления с жидкокристаллическим информационным дисплеем и комплектом для управления и ввода в эксплуатацию. В зависимости от модели преобразователя дисплеи могут отличаться количеством строк. На дисплее может отображаться текущее состояние параметров.
Для более удобного и сложного управления возможно подключение пульта дистанционного управления через аналоговые и дискретные выходы (реле или транзисторы), а также через интерфейсную линию связи — ПК (ноутбук или настольный компьютер).
Ноутбук можно использовать в режиме осциллографа для наблюдения за изменениями значений параметров в реальном времени. В этом случае также необходимо заранее подготовить помещение с изолированной поверхностью и предусмотреть работу ноутбука в режиме аккумулятора.
Преобразователи частоты Веспер оснащены панелью управления с жидкокристаллическим информационным дисплеем и комплектом для управления и ввода в эксплуатацию. В зависимости от модели преобразователя дисплеи могут отличаться количеством строк. На дисплее может отображаться текущее состояние параметров.
Подключение дистанционного управления
Управление двигателем осуществляется с помощью кнопок FWD, REV и STOP на главной панели преобразователя частоты.
Однако лучше всего делать это дистанционно, чтобы не попасть в блок питания. На схеме показаны клеммы, к которым подключены кнопки пуска и реверса. Ниже находится блок, регулирующий скорость. К клеммам подключается стандартный потенциометр на 220 вольт. Обозначения клемм такие же, как и у блока над силовыми контактами.
Настройка и пробное включение
Подключение двигателя к преобразователю частоты конфигурируется путем установки частоты питающего напряжения. Это осуществляется через инвертор на передней панели устройства. Перед этим нажмите и удерживайте кнопку SET в течение 5 секунд. На рисунке они указаны стрелкой. Обычно они ограничены частотой 60 Гц, что достаточно для большинства бытовых применений.
Активация производится по следующей схеме:
— Убедитесь, что все компоненты подключены, как показано на схеме, и что нет проводов с оголенными и неподключенными концами.
— Приложите усилие — поднимите рычаг АВ вверх. На преобразователе частоты загораются индикаторы Hz и Mon.
— Нажмите кнопку, подключенную к терминалу STF.
— Поверните регулятор потенциометра по часовой стрелке. Двигатель должен начать вращаться.
— Нажмите клавишу STR. Двигатель меняет направление вращения.
Если двигатель вращается в неправильном направлении, отключите электрическую систему от источника питания и поменяйте местами два фазных кабеля на выходных клеммах преобразователя частоты.
Есть вопросы? Специалисты ЭНЕРГОПУСКА ответят на ваши вопросы: 8-800-700-11-54 (8-18, понедельник-пятница).
