Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Частотно-регулируемый привод представляет собой специальную систему, основным назначением которой является регулирование частоты вращения ротора синхронного или же асинхронного электрического двигателя. В состав системы входит сам двигатель, работающий на электрической энергии, и преобразователь частот. Преобразователь частот в свою очередь представляет собой устройство, включающее в себя выпрямитель (он же мост постоянного тока), и инвертор, который также называется преобразователь. Выпрямитель преобразует переменный ток, который характеризуется наличием промышленных частот, в постоянный. Инвертор выполняет функцию преобразования постоянного тока в переменный, путем изменения значения амплитуды и частоты. Выходные тиристоры, также входящие в систему, обеспечивают поставку нужного для обеспечения питания двигателя электричества. Для того, чтобы исключить перегруз системы производится установки специальных дросселей между преобразователем и фидером. Для снижения интенсивности электромагнитных помех в систему включен специальный фильтр. В случае включения векторного режима управления осуществляется не только формирование гармонических колебаний значения тока или напряжения, но и обеспечивается возможность регулирования магнитного потока ротора, он же момент вала. Другой режим управления, скалярный, предусматривает формирование гармонических токов фаз электродвигателя. Подобные преобразователи, предназначенные для управления работой асинхронного или синхронного двигателя, нашли свое применение в следующих системах: Установка частотно регулируемого привода на синхронный и асинхронный двигатель позволяется экономить электрическую энергии, снижая или повышая, когда это необходимо интенсивность оборотов ротора, а также стабилизировать работу двигателя в случае резкого изменения нагрузки. Помимо этого обеспечивается высокая точность регулирования и возможность проведения удаленной диагностики двигателя. www.electronmash.ru Регулируемый электропривод предназначен для управления двигателем путем контроля параметров. Скорость прямо пропорциональна частоте. Поэтому, варьируя частотой, можно поддерживать скорость вращения вала мотора, заданную согласно технологии. Пошаговое описание рабочего процесса для частотно-регулируемого привода (ЧРП) выглядит примерно так. Устройство, выполняющее на выходе системы обратную функцию генерации постоянного тока в переменный, именуется инвертором. Избавление от пульсаций на шине достигается путем добавления дросселя и конденсатора фильтра. Преобладающее число частотных преобразователей изготавливаются со встроенным фильтром электромагнитной совместимости (ЭМС). Различаются такие виды управления, как скалярное, бездатчиковое и датчиковое векторное, и др. Согласно заданным приоритетам в принятии управленческих решений, приводы выбираются по: Если ЧРП предназначен для асинхронного двигателя с большим сроком эксплуатации, то рекомендуется выбирать частотный преобразователь с завышенным током на выходе.С помощью современных преобразователей частоты возможно управление с пульта, по интерфейсу или комбинированным методом. Производителями предлагается широкий ассортимент приводов, используемых в областях, где задействованы электродвигатели. Идеальное решение для всех видов нагрузки, в том числе насосов и вентиляторов. Системы среднего класса используются на угольных электростанциях, в горнодобывающей промышленности, на мельницах, в жилищно-коммунальном хозяйстве и т. д. Диапазон номиналов выглядит таким образом: 3 кВ, 3.3 кВ, 4.16 кВ, 6 кВ, 6.6 кВ, 10 кВ и 11 кВ. С появлением регулируемого электропривода контроль давления воды у конечного потребителя не вызывает проблем. Интерфейс с продуманной структурой сценариев отлично подходит для управления насосным оборудованием. Благодаря компактной конструкции, привод может быть установлен в шкаф различного исполнения. Продукты нового поколения обладают свойствами передовой техники:Что такое частотно-регулируемый привод? Частотно регулируемый электропривод
Частотно-регулируемый привод | Электронмаш
Конструкция привода
Использование частного регулируемого привода
Частотный привод. Применение, назначение, преимущества ЧРП
Как выбрать частотно-регулируемый электропривод
Технические особенности применения частотного электропривода
Область применения
Назначение и технические показатели
- плавно запускать двигатель, а, следовательно, уменьшать его износ;
- останавливать, поддерживать частоту вращения вала двигателя.
Комплектные ЧРП шкафного исполнения до 1кВ выполняют те же задачи по отношению к двигателям с мощностью 0,55 – 800 кВт. Привод нормально работает, когда напряжение в электросети находится в пределах от -15% до +10%. При безостановочной работе снижение мощности наступает, если напряжение составляет 85%-65%. Общий коэффициент мощности cosj = 0,99. Выходное напряжение автоматически регулируется посредством автоматического включение резерва (АВР).
Преимущества использования
С точки зрения оптимизации и потенциальные преимущества предоставляют возможность:
- регулировать процесс с высокой точностью;
- удалённо диагностировать привод;
- учитывать моточасы;
- следить за неисправностью и старением механизмов;
- повышать ресурс машин;
- значительно снижать акустический шум электродвигателя.
Заключение
Что такое ЧРП? Это мотор-контроллер, который управляет электродвигателем за счет регулировки частоты входной сети, и одновременно защищает агрегат от различных неисправностей (токовой перегрузки, токов КЗ).
Электрические приводы (выполняющие три функции, связанные со скоростью, управлением и торможением) являются незаменимым устройством для работы электродвигателей и других вращающихся машин. Системы активно применяются во многих сферах производства: в нефтегазовой отрасли, атомной энергетике, деревообработке и др.
chistotnik.ru
Частотно-регулируемый электропривод
Изобретение относится к электотехнике. Цель изобретения - упрощение, расширение диапазона регулирования при повышении надежности и КПД. Частотно-регулируемый электропривод содержит асинхронный двигатель с тахогенератором на валу и обмотками, выполненными в виде гальванически развязанных секций, блок сравнения, преобразователь аналог-частота, формирователь фазных гармонических функций, множительные блоки, усилители мощности, каждый из которых содержит преобразователи частоты на ключах переменного тока, и генератор напряжения постоянной амплитуды и частоты. Частотно-регулируемый электропривод обеспечивает регулирование скорости вращения электродвигателя в широких пределах путем создания пульсирующего поля с изменением углового положения, что позволяет при сохранении высокой частоты питания создать низкие частоты вращения. 5 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока, и может найти применение в механизмах, где требуется широкий диапазон регулирования частоты вращения.
Цель изобретения - упрощение, расширение диапазона регулирования при повышении надежности и КПД. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 - функциональная схема фазосдвигающего узла; на фиг. 3-5 - временные диаграммы. Частотно-регулируемый электропривод содержит асинхронный двигатель 1, каждая фаза статорной обмотки которого в пределах полюсного деления разделена на m гальванически развязанных секций, тахогенератора 2 на валу асинхронного двигателя. Выход тахогенератора подключен к первому входу блока 3 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 4 задания, выход блока 3 сравнения через преобразователь 5 аналог-частота подключен к формирователю 6 фазных гармонических функций, выходы которого подключены к одному из входов множительных блоков 7-9 и 10-12, объединенных в n групп по m входов, где m - число фаз питающей сети, n - число фаз асинхронного двигателя (для определенности принято m=3 и n=2). Каждый из n усилителей 13 и 14 мощности выполнен в виде преобразователей 15-17 и 18-20 частоты на ключах 21-24 переменного тока с двухсторонней проводимостью, управляющие цепи которых через узлы 25 развязки соединены с выходами фазосдвигающих узлов 26, входы которых образуют информационные входы усилителя мощности. Выходы усилителей 13 и 14 мощности образованы выходами преобразователей 15-17 и 18-20 частоты и подключены к соответствующим изолированным секциям обмоток двигателя. Одни из информационных входов (управляющих входов) усилителей 13 и 14 мощности соединены с выходами соответствующих множительных блоков 7-9 и 10-12. Другие входы множительных блоков 7-9 и 10-12 соединены с энергетическими входами соответствующих преобразователей 15-17 и 18-20 частоты, которые соединены по схеме "звезда" и подключены к фазам питающей сети: А-15,18, В-16,19, С-17,20. Другие информационные входы (тактовые входы) усилителей 13 и 14 мощности объединены и подключены к выходу генератора 27 напряжения постоянной амплитуды и частоты. Фазосдвигающий узел 26 с регулируемыми углами задержки и опережения выполнен по двухканальной схеме (фиг. 2), каждый канал которой включает последовательно соединенные генераторы 28 и 29 пилообразного напряжения, компараторы 30 и 31, двухвходовые элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32 и 33, выходы которых образуют выходы фазосдвигающего узла с регулируемыми углами задержки и опережения, а одни из входов элементов 32 и 33 объединены с входами генераторов 28 и 29 и образуют тактовые входы фазосдвигающего узла, другие входы элементов 32 и 33 соединены с выходами компараторов 30 и 31. Одни входы компараторов 30 и 31 соединены с выходами генераторов 28 и 29, другие входы компараторов 30 и 31 объединены и образуют управляющий вход фазосдвигающего узла. На фиг. 3 и 4 обозначено: 34 - напряжение ошибки на выходе узла 3 сравнения; 35 и 36 - напряжения на выходах формирователя 6; 37-39 - трехфазная система переменного напряжения питающей сети; 40-42 - напряжение на выходах множительных блоков 7-9 соответственно; 43 и 44 - линейно падающее и линейно нарастающее напряжение на выходах соответствующих генераторов 28 и 29; 45 - выходное напряжение генератора 27; 46-48 - выходное напряжение преобразователей 15-17 соответственно. На фиг. 5 обозначено: 37 - напряжение на входе блока 7; 43 и 44 - линейно падающее и линейно нарастающее напряжения на выходе соответствующих 28 и 29; 45 - выходное напряжение генератора 27; 49 и 50 - диаграммы, поясняющие алгоритм работы фазосдвигающего узла 26; 51 и 52 - выходные напряжения фазосдвигающего узла 26 для фазы А; 53 - суммарная коммутационная функция для ключей 21-24; 46 - выходное напряжение преобразователя 15. Работает электропривод следующим образом. Рассмотрим алгоритм работы устройства для одной фазы асинхронного двигателя, так как для другой фазы диаграммы будут аналогичны, но со сдвигом на 90о. С выхода тахогенератора 2 на первый вход узла 3 сравнения подается напряжение обратной связи, на второй вход узла 3 сравнения подается задающее напряжение с выхода блока 4 задания. На выходе узла 3 сравнения действует напряжение 34 ошибки, которое представляет собой разность входных напряжений узла сравнения. Это напряжение подается на вход преобразователя 5 напряжение-частота. Напряжение с выхода преобразователя 5 поступает на вход формирователя 6, на выходах которого действуют синусоидальные напряжения 35 и 36. Синусоидальное напряжение 35 подается на входы множительных блоков 7-9, на другие входы которых подаются переменные напряжения, синфазные с напряжениями 37-39 питающей сети. На выходе множительных блоков 7-9 действуют напряжения 40-42, равные произведению входных напряжений. Напряжение 40 является результатом перемножения напряжения 35 и напряжения 37 фазы А питающей сети; напряжение 41 - напряжения 35 и напряжения 38 фазы В питающей сети, напряжения 42 - напряжения 35 и напряжения 39 фазы С питающей сети. Напряжения 40-42 подаются на управляющие входы усилителя 13 мощности, к тактовым входам которого приложено напряжение 45 с выхода генератора 27. Рассмотрим алгоритм работы усилителя мощности 13 для фазы А питающей сети, так как для фаз В и С все диаграммы будут аналогичны, но со сдвигом на 120 и 240о соответственно. Напряжение 37 фазы А питающей сети поступает на силовой вход преобразователя 15 частоты, алгоритм включения ключей 21-24 которого определяется величиной и знаком управляющего напряжения 40 (для фазосдвигающего узла 26) и в сумме представляет собой коммутационную функцию 53. На тактовый вход фазосдвигающего узла 26 подается напряжение 45, моменты смены уровня которого являются тактирующими для генераторов 28 и 29, причем первый из них формирует линейно падающее напряжение 43, а второй - линейно нарастающее напряжение 44. Напряжения 43 и 44 подаются на входы компараторов 30 и 31 соответственно, на другие входы которых подается управляющее напряжение 40. Результатом сравнения являются напряжения 49 и 50, которые с выхода компараторов 30 и 31 подаются на один из входов двухвходовых элементов 32 и 33 соответственно, на другие входы которых подается напряжение 45. На выходе элементов 32 и 33 формируются напряжения 51 и 52, которые с выхода фазосдвигающего узла 26 с регулируемыми углами задержки и опережения (см. фиг. 1) через узлы 25 развязки поступают на управляющие входы ключей 21-24 преобразователя 15 частоты. Условимся, что уровень логического нуля выходных напряжений 51 и 52 фазосдвигающего узла 26 соответствует отрицательной полуволне выходного напряжения узла 25 развязки, а уровень логической единицы соответствует положительной полуволне выходного напряжения узла 25 развязки. Состояние ключей 21-24 преобразователя 15 частоты определяется упомянутыми выходными напряжениями узла 25 развязки, в частности: отрицательная полуволна (уровень логического нуля напряжения 51) соответствует замкнутому состоянию ключа 22, а положительная полуволна (уровень логической единицы напряжения 51) - замкнутому состоянию ключа 21; напряжения 52 - ключей 23 и 24. При непрерывном изменении управляющего напряжения 40 процесс преобразования переменного напряжения 37 фазы А питающей сети в напряжение 46 повышенной частоты и его модуляцию можно представить через суммарную коммутационную функцию 53 для преобразователя 15 частоты. Напряжение 53 представляет собой геометрическую сумму выходных разнополярных напряжений узла 25 развязки. Напряжение 46 повышенной частоты приложено к одной из изолированных секций обмотки электродвигателя и его можно представить как произведение напряжения 37 фазы А питающей сети на коммутационную функцию 53. Таким образом, на выходе усилителя 13 мощности формируются напряжения 46-48, которые можно записать как произведение исходного m-фазного напряжения питающей сети UA=Um sin
- 
) (1) UC=Um sin( + 
), где Um - амплитуда; - период колебаний напряжения питающей сети, на коммутационную функцию U46 = Um sin КРФа U47 = Um sin (- 
) КРФb (2) U48 = Um sin (+ 
) КРФс, где КРФm - коммутационная функция определенной фазы, которую можно записать в виде КРФm = 
[fa(t+ 
1)-fa(t-2) fa(t) , (3) где fa(t) - коммутационная функция, называемая "прямоугольный синус" с полупериодом а повышенной частоты;1 и 2 - фазовые сдвиги, изменяющиеся по закону напряжения управления, определенному для каждой фазы питающей сети U40 = sin 
sin U41 = sin sin ( - 
) (4) U42 = sin sin (+ 
), где sin - напряжение низкочастотной модуляции. При первом приближении процесс модуляции трехфазного сетевого напряжения по закону коммутационной функции (3) можно представить в виде произведения питающего напряжения (1), напряжения повышенной частоты fa(t) и управляющего сигнала (4), т.е. напряжения 46-48 на выходе преобразователей 15-17 частоты представляются в виде Uxa= Um
fa(t)sinsin2 Uxb= Umfa(t)sinsin2(-
) Uxc= Umfa(t)sinsin2(+
) (5) Напряжения на выходе преобразователей частоты 18-20 можно записать в виде Uxa= Umfa(t)cossin2 Uxb= Umfa(t)cossin2(-
) Uxc= Umfa(t)cossin2(+
) (6) Напряжения (5) и (6) приложены к mxn изолированным секциям обмоток электрической машины и создают в каждой из них пульсирующее магнитное поле, направленное вдоль оси своей катушки Bya= Bmfa(t+
)sinsin2 Byb= Bmfa(t+)sinsin2(-
) Byc= Bmfa(t+)sinsin2(+
) Bxa= Bmfa(t+)cossin2 Bxb= Bmfa(t+)cossin2(-
) (7) Bxc= Bmfa(t+)cossin2(+
) где - фазовый сдвиг между вектором магнитной индукции и приложенным напряжением. По отношению к прототипу, где суммирование напряжений с целью исключения пульсаций с частотой питающей сети производится в трансформаторе, в предлагаемом электроприводе за счет выполнения обмоток электродвигателя в виде изолированных секций и подключения их через преобразователи частоты к разным фазам питающей сети осуществляется суммирование магнитных потоков от отдельных секций в магнитном поле электрической машины. Суммарное магнитное поле, создаваемое изолированными секциями каждой из m-обмоток электродвигателя 1, можно представить в форме (8) By= Bmfa(t+)sin
sin2+sin2(-
)+sin2(+
)
Bx= Bmfa(t+)cos
sin2+sin2(-
)+sin2(+
)
(8) Поскольку каждое из слагаемых в квадратных скобках может быть представлено как сумма постоянной составляющей и гармонического колебания удвоенной частоты
i
+
i
c
+
- (9) то (8) можно представить в виде (10) Bу = 1,5 Bmfa(t+ ) sin (10) Bx = 1,5 Bmfa(t+ ) cos . Результирующая индукция по модулю равна B = 
= 1,5Bmfa(t+) (11) и составляет угол 
с осью Х: tg = 
= tg (12) Таким образом, вектор результирующей магнитной индукции, пульсирующий по величине от -1,5 до +1,5 В с частотой fa(t), вращается с угловой скоростью . Такой прием формирования вращающегося магнитного поля позволяет получать очень низкие частоты вращения электродвигателя с обеспечением требуемой перегрузочной способности двигателя, при этом отсутствуют пульсации вращающегося момента с частотой питающей сети. Как следует из описания работы электропривода в предложенном устройстве по сравнению с прототипом достигаются следующие положительные свойства: повышение КПД (на 2-3%) за счет исключения дополнительного преобразования электрической энергии, осуществляемого в прототипе трансформаторами; повышение надежности электропривода за счет исключения трансформаторов и, следовательно, устранения одностороннего насыщения их сердечников, что в прототипе может привести к резкому возрастанию потребляемого тока и выходу из строя ключей переменного тока; улучшение массогабаритных показателей электропривода за счет уменьшения массы усилителей мощности в 1,5 раза. Изобретение в равной степени может быть отнесено к электроприводу с любым, более двух, числом фаз.Формула изобретения
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий n-фазный асинхронный двигатель с тахогенератором на валу, выход тахогенератора подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания, выход блока сравнения через преобразователь аналог-частота подключен к формирователю фазных гармонических функций, выходы которого подключены к первым входам множительных блоков, усилители мощности, каждый из которых выполнен в виде m преобразователей частоты, составленных из управляемых ключей переменного тока с двусторонней проводимостью, управляющие цепи которых через узлы развязки соединены с выходами фазосдвигающих узлов, входы которых образуют информационные входы усилителя мощности, выходы которого образованы выходами преобразователей частоты, одни из информационных входов усилителей мощности соединены с выходами множительных блоков, вторые входы которых соединены с энергетическими входами усилителей мощности и предназначены для подключения к соответствующим фазам питающей сети, другие информационные входы усилителей мощности объединены и подключены к выходу генератора напряжения постоянной амплитуды и частоты, отличающийся тем, что, с целью упрощения, расширения диапазона регулирования при повышении надежности и коэффициента полезного действия, каждая фаза обмотки асинхронного двигателя в пределах полюсного деления разделена на m гальванически развязанных секций, каждая из которых подключена к выводам одного из m преобразователей частоты, соответствующего данной фазной обмотке усилителя мощности, где m - число фаз сети.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
Частотно-регулируемый привод - принцип действия, структура. Частотный электропривод.
Обращаем Ваше внимание на то обстоятельство, что в технологических процессах, в которых нет возможности или необходимости менять скорость вращения двигателей частотные преобразователи не могут быть использованы полностью с функциональной точки зрения. Для таких технологических процессов разработано оборудование ЭнерджиСейвер. Ознакомьтесь с информацией об оборудовании ЭнерджиСейвер на нашем сайте.
Введение
Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.1.).
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.
Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Название «регулируемый частотный электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.
На протяжении последних 10 — 15 лет во многих отраслях мировой экономики наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT
В настоящей статье коротко описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в регулируемом частотном электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики.
При дальнейших рассуждениях будем говорить о трехфазном частотно регулируемом электроприводе, так как он имеет наибольшее распространение в промышленности.
Скачать полный текст
Дополнительную информацию Вы сможете найти по ссылкам:
Если у Вас имеются сомнения какую модель выбрать, свяжитесь с нами одним из указанных на данной странице способов.
Если у Вас имеются специальные требования, мы готовы проанализировать заполненный Вами опросный лист на низковольтные ПЧ или опросный лист на высоковольтные ПЧ и порекомендовать необходимое оборудование.
www.softstarter.ru
Частотно регулируемый электропривод
Теория электропривода
Производим и продаем частотные преобразователи:Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.):Частотники одна фаза в три:Модель Мощность ЦенаCFM110 0.25кВт 2300грнCFM110 0.37кВт 2400грнCFM110 0.55кВт 2500грнCFM210 1,0 кВт 3200грнCFM210 1,5 кВт 3400грнCFM210 2,2 кВт 4000грнCFM210 3,3 кВт 4300грнAFM210 7,5 кВт 9900грн (единственный на рынке частотник 220 в 380 мощностью 7,5кВт)
Частотники 380В три фазы в три:CFM310 4.0 кВт 6800грнCFM310 5.5 кВт 7500грнCFM310 7.5 кВт 8500грнКонтакты для заказов частотных преобразователей:+38 050 [email protected]
| ПЧ - преобразователь частоты ИО - исполнительный орган "ЧРП - частотно регулируемый электропривод РнсД. |
Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.1.).
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в
механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.
Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.
На протяжении последних 10 -15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.
В настоящей статье коротко описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики.
При дальнейших рассуждениях будем говорить о трехфазном частотно регулируемом электроприводе, так как он имеет наибольшее промышленное применение.
О методах управления
В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора в
установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора.
В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора
в
установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения.
Частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питания.
При питании обмотки статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля определяется по известной формуле
2 П f
где - число пар полюсов статора.
Переход от скорости вращения поля, измеряемой в радианах, к частоте вращения, выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле
= —
2л!’
где 60 - коэффициент пересчета размерности.
Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что
Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.
На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.
Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.
В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.
При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к. п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.
В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.
При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к. п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.
Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью
где - постоянный коэффициент.
Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.
Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.
Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.
В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.
Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.
Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.
Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.
Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.
Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом
необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».
Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.
Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.
Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.
Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости - сотые доли процента, точность по моменту - единицы процентов.
В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.
Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.
Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.
О преобразователях частоты
Преобразователь частоты - это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.
Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.
Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовымиэлектронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).
| части |
Преобразователи частоты,
применяемые в регулируемом
электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой разделяются на два класса:
1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
2. Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).
Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.
Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью
(рис. 4.), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.
Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5. показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки. На входе преобразователя действует трехфазное синусоидальное напряжение иа, ив, ис. Выходное напряжение ивь1х имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.
Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.
«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к. п.д. системы в целом.
Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:
- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),
- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,
- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.
Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.
Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 6.).
В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к. п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.
Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.
В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.
Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.
Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 - 98%).
Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 - 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобр
msd.com.ua
| Частотно регулируемый электрический привод Электрический привод с частотным регулированием представляет собой систему, состоящую из электродвигателя и преобразователя частоты. Как правило, в состав частотно регулируемого привода входят асинхронные трехфазные двигатели. Однако в последнее время, по причине создания эффективных преобразователей частоты с однофазным выходом, стали широко распространяться привода с однофазными двигателями. Гораздо реже, но встречаются и привода с частотным регулированием имеющие в своем составе синхронные трехфазные двигатели. Отдельно надо упомянуть так же о регулируемом приводе с высоковольтными двигателями. Для каждого типа двигателей используют свои виды частотных преобразователей. Кроме частотных преобразователей в состав частотно-регулируемого привода могут входить так же силовые и слаботочные опции. Например, для повышения качества синусоиды на выходе частотного регулятора может быть установлен синус-фильтр. Его используют для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя. В этом разделе специалисты по автоматизации найдут обзорные статьи, посвященные составным элементам приводов с частотным регулированием. Другая часть статей посвящена примерам использования подобных приводов в разных областях. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.i380.ru
