Розрахунок і вибір частотного перетворювача для електродвигуна
Одним з головних недоліків асинхронних двигунів є складність регулювання частоти обертання. Змінювати її можна трьома способами: зміною кількості пар полюсів, зміною ковзання і зміною частоти. Останнім часом для регулювання швидкості обертання асинхронного короткозамкнутого двигуна частоту струму змінюють за допомогою частотних перетворювачів для електродвигуна.
Поняття про принцип роботи Частотники
Останнім часом на виробництві стали широко використовуватися високочастотники, у багатьох недосвідчених новачків, зустрічаючих їх на практиці, часто виникає питання, що таке частотний перетворювач і для чого він потрібен. Перевагами частотного приводу для електродвигуна є:
- зниження електроспоживання двигуном;
- поліпшення показників роботи: плавність запуску і регулювання швидкості обертання;
- виключення можливих перевантажень.
Плавність пуску забезпечується перетворювачем завдяки зниженню з його допомогою пускового струму, який без Частотники перевищує номінальний струм в 5-7 разів.
Основними частинами в пристрої перетворювача є інвертор і конденсатори. Інвертор зазвичай виконаний з діодних мостів. Його завдання – випрямити напруга на вході, яке може приймати значення 220В або 380В залежно від кількості фаз, але зберегти при цьому пульсації. Потім конденсатори випрямлена напруга згладжують і фільтрують.
Потім постійний струм вирушає на мікросхеми і вихідні мостові IGBT-ключі. Зазвичай бруківці IGBT-ключ – це шість транзисторів, з'єднаних по мостовій схемі. Захист від пробою напруги зворотної полярності здійснюють діоди. У більш ранніх схемах замість транзисторів були використані тиристори, значними недоліками яких були деяка повільність в роботі і перешкоди.
Завдяки цим пристроям виникає широтно-імпульсна послідовність з необхідною частотою. На виході Частотники імпульси напруги мають прямокутний вид. А після того як вони проходять через обмотку статора, внаслідок її індуктивності, приймають синусоїдальний вигляд.
Щоб зрозуміти, навіщо потрібен інвертор, необхідно усвідомити, що струм буває постійним і змінним. І якщо перетворювачі частоти використовуються при роботі зі змінним струмом, то для управління електромотором постійного струму необхідний електропривод постійного струму. Він називається інвертором і його призначенням в схемі є контроль струму збудження. І він також незалежно від змін навантаження може підтримувати швидкість обертання ротора в необхідних межах і здійснювати його гальмування.
Поради щодо вибору частотники
При виборі Частотники найнижча вартість визначена набором мінімальних функцій. Зростання вартості пропорційний їх збільшення.
спочатку перетворювачі класифікують за потужністю. Не менш важливими параметрами є перевантажувальна здатність і тип виконання.
Потужність Частотники повинна бути не менше максимальної потужності установки. Для оперативного ремонту або заміни в разі поломки частотного приводу для електромотора бажано, щоб сервіс-центр був розташований в безпосередній близькості.
При виборі перетворювача важливим фактором є його напруга. Якщо підібрати Частотники певного напруження, а в мережі воно виявиться нижчим, то він буде відключатися. Якщо ж напруга мережі буде довго допускати допустима напруга, то це призведе до його пошкодження і неможливою подальшу роботу. З урахуванням цих ризиків потрібно вибирати частотники з великим інтервалом допустимого напруги.
Існує два типи управління перетворювачів: векторне і скалярне.
При скалярному управлінні утримується сталість між значенням напруги і частоти на виході. Це найбільш простий тип частотники, і, внаслідок цього, більш дешевий.
При векторному керуванні через зниження статичної помилки управління здійснюється більш точно. Але і вартість асинхронного перетворювача частоти з цим видом управління вища в порівнянні зі скалярним керуванням.
Зона регулювання частоти струму повинна бути в необхідних межах. Для діапазонів з регулюванням по частоті більш, ніж в 10 разів краще вибрати векторне управління.
Кількість вводів повинно бути оптимальним, тому як при занадто великий їх чисельності ціна приладу для зміни частоти буде невиправдано завищена, а також можуть виникнути деякі складності при його налаштуванні.
Необхідно врахувати перевантажувальні здібності Частотники по току і потужності. Струм Частотники повинен бути трохи більше, ніж номінальний струм двигуна. У разі виникнення ударних навантажень необхідний запас по піковому струму, який повинен бути не менше 10% від ударного струму.
Розрахунок Частотники для електродвигуна
Для того щоб перетворювач частоти мав можливість працювати надійно і дотримуватися задані значення, необхідно розрахувати його основні параметри:
Розрахунок струму перетворювача здійснюється за формулою:
де Р – номінальна потужність двигуна, кВт;
U – напруга, В
сosφ – значення коефіцієнта потужності
Правильний вибір потужності приладу для зміни частоти позначається на ефективності роботи установки. При заниженою потужності частотного перетворювача продуктивність обладнання буде невисокою. Тривалі перевантаження при роботі можуть привести до поломки перетворювача частоти.
При завищеною потужності частотного перетворювача і скачках напруги або перевантаження не спрацює захист електродвигуна, що призведе до його пошкодження. U
Потужність Частотники повинна бути більше номінальної потужності відповідного двигуна на 15%.
Необхідні матеріали для саморобного Частотники
Виготовити Частотники своїми руками практично можливо. Для цього потрібно визначитися з основними деталями, придбати їх, вивчити схему зборки. Потім приступити до процесу виготовлення.
На початку роботи необхідно запастися двома платами. На одній з плат необхідно встановити мікроконтролер і індикатор. На другий – транзистори, діодний міст, вхідні клеми, блок живлення і драйвер. Між собою плати необхідно з'єднувати гнучким проводом.
Харчування буде проводитися за допомогою імпульсного блоку.
Для управління малопотужним мотором досить буде установки токового шунта і підключеного до нього підсилювача DA-1. Перетин жив токового шунта становить півміліметра. Для двигунів з більш високою потужністю установки токового шунта недостатньо і тому необхідно встановлювати трансформатор.
При потужності двигунів понад 0,4 КВт необхідна установка термодатчиков.
Мікросхема IL300 з лінійної розв'язкою дозволяє контролювати параметри електродвигуна.
Оптрони типу ОС2-4 необхідні для дубляжу керуючих кнопок.
В результаті експлуатації внаслідок великої протяжності проводів можуть виникати перешкоди. Усунути їх можна за допомогою спеціальних кілець для видалення перешкод.
Підключення і настройка
При підключенні асинхронного перетворювача частоти в мережу однофазного струму клеми двигуна необхідно з'єднати в «трикутник». Ця схема з'єднання має на увазі приєднання кінця і початку сусідніх обмоток. Напруга харчування при цьому буде 220 В. Вихідний струм необхідно утримувати в межах не більше половини його номінального значення.
Якщо Частотники підключається до трифазної мережі, то клеми двигуна з'єднуються в «зірку». При цій схемі з'єднання кінці трьох фаз обмоток з'єднуються в одну точку. Напруга від мережі приймає значення 380В.
Черговість підключення загальної електричного кола буде такою:
- диференційний автоматичний вимикач, струм якого збігається з номінальним струмом двигуна;
- перетворювач частоти;
- електродвигун.
При роботі з трифазної мережею автоматичний вимикач повинен бути забезпечений загальним важелем по всім трьом фазам. В такому випадку перевантаження однієї з фаз буде усунена вимиканням всього харчування. Допустимий струм спрацьовування повинен бути розрахований на основі значення струму двигуна в одній фазі.
При установці перетворювача в однофазну мережу допустимий струм автоматичного вимикача повинен перевищувати в три рази значення фазного струму.
Підключається перетворювач до електромотора за допомогою магнітного пускача. Вибирається магнітний пускач по напрузі мережі і номінального струму.
Перед монтажем пульта управління його важіль повинен бути в положенні "Виключено". При включенні важеля обов'язковою умовою є поява сигналу на світловому індикаторі. Клавішею RUN проводиться запуск Частотники. А рукоятка пульта управління контролює зміна числа обертів ротора двигуна.
Слід з особливою увагою вивчити значення частоти на частотники, так як на одних моделях вказується частота обертання ротора електродвигуна, а на інших приведена частота струму перетворювача.
Налаштування частотного перетворювача для електродвигуна починається з уважного вивчення інструкції, так як в ній зазначена послідовність цих операцій.
Для того щоб налаштувати частотний перетворювач для електродвигуна, необхідно провести правильний вибір типу проводів і вірний розмір їх перетину.
Перед налаштуванням Частотники необхідно правильно виявити і підключити вхідні і вихідні клеми. Вхідні клеми маркуються буквою L із зазначенням нумерації фази. Вихідні клеми позначені латинськими літерами – U, V, W.
Так як параметрів у перетворювача заводського виконання досить-таки багато, частково його настроювання виробляється на заводі. Інші параметри налаштовуються вручну. Основні етапи настройки частотного перетворювача:
- подача харчування на частотний перетворювач;
- вибір певного режиму роботи;
- установка значень робочих характеристик обладнання.
експлуатація Частотники
Правильний порядок експлуатації перетворювача частоти полягає у виконанні основних операцій:
- Систематичне очищення частотного приводу для електродвигуна від пилу і бруду.
- Регулярно міняти деталі, термін придатності яких закінчується.
- Постійний контроль напруги і температури.
- Робота пристрою повинна проходити при заданих умовах: чи не перевищувати допустимий рівень пилу, вологості, температури навколишнього середовища.
Небажаним є потрапляння прямих сонячних променів на Частотники, відсутність достатньої вентиляції. Матеріали і рідини, які досить легко спалахують, не повинні перебувати поруч з ним. У приміщенні регулярно повинна проводитися обробка проти гризунів. Місце установки частотного приводу для електродвигуна не повинно мати шорсткостей, дозволяти вібрації.
Частотники для двигуна потужністю близько 3 кВт є найбільш поширеними з огляду на компактності, щодо невисокої ціни, простоти установки і обслуговування
Збирати вручну частотники для двигунів потужністю 3 кВт і більше немає сенсу – вони будуть досить дорогими за ціною і не завжди забезпечувати необхідну точність в роботі.
Для двигунів потужністю 3 кВт перетворювачі частоти знаходять застосування:
- в системах вентиляції для контролю швидкості обертання вентилятора;
- для одночасності роботи приймає і подає конвеєрів;
- для подачі сировини з контролем його обсягу;
- для управління декількома насосами;
- для контролю роботи занурювальним насосом;
- для регулювання швидкості подачі сировини в дробарках.
Частотники для двигунів більшої потужності відрізняються величиною максимальної вихідної частоти, наявністю фільтра електромагнітної сумісності (ЕМС), видом режиму управління.
Наприклад, у частотного приводу для електродвигуна потужністю 15 КВт максимальна вихідна частота менше, ніж у перетворювача для двигуна потужністю 3 кВт. ЕМС фільтр для такого двигуна не передбачений. Режим управління тільки скалярний.