Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей

Основные характеристики, необходимые для программирования

Каждой характеристике присвоен свой буквенно-цифровой код, который зависит от производителя и конкретной модели частотника. Для программирования необходимо рассчитать и ввести следующие основные параметры:

• Режим эксплуатации электродвигателя (усредненное число включений, отключений, реверсов электрической машины в заданный промежуток времени).
• Требуемое время разгона и динамического торможения электродвигателя.
• Наибольшую рабочую частоту электрической машины.
• Максимальное значение тока в % от номинального.
• Условия пуска двигателя при подаче напряжения в сети.
• Алгоритм автоматического регулирования, который положен в основу функционирования САР.
• Режим сброса ошибок, вызывающих остановку электродвигателя.

В процессе программирования также задается назначение аналоговых и дискретных выходов и выходов преобразователей частоты. Входы ЧП бывают 2-х типов:

• Дискретные входы. Служат для подключения реле, кнопочных станций и других двухпозиционных устройств. При задании их конфигурации можно присвоить каждой кнопке определенное значение частоты ЧП.
• Аналоговые входы с уровнем сигнала 0-10В и 4-20 мА. Первые используют для подключения потенциометров, предназначенных для бесступенчатой регулировки частоты. Рекомендуемое их сопротивление составляет 1 кОМ или более. Токовые входы предназначены для датчиков скорости, положения вала, технологических параметров. По ним осуществляется управление электроприводом по событиям.

Перечень вводимых параметров зависит от модели и назначения преобразователя частоты, алгоритма регулирования, особенностей промышленного оборудования. При программировании следует учесть, что некоторые характеристики невозможно изменять при работающем электроприводе.

Перед началом программирования частотных преобразователей необходимо убедиться, что все подключения соответствуют схеме. Далее подают напряжение на частотники и осуществляют восстановление заводских настроек. Это осуществляется вводом соответствующей команды или нажатием клавиши “сброс” и последующей перезагрузкой преобразователя частоты. После возврата к настройкам по умолчанию входят в меню частотника и вводят все необходимые параметры. В меню обычно имеются 8 подразделов:

• Set или установка. В этом разделе осуществляется ввод диапазона рабочих частот, время разгона и торможения электрической машины, настройка уставок защит.
• drC. Этот пункт предусмотрен для внесения паспортных данных электродвигателя, здесь также вводят параметры регулирования.
• I-O. в этом разделе осуществляется задание назначений выходных и выходных клемм частотника. Их можно запрограммировать на подключение датчиков технологических параметров.
• CtL Этот подпункт главного меню служит для конфигурирования управляющих каналов и задания уровня доступа.
• FUn. В этом разделе задаются режимы управления по событиям. Тут программируются параметры ПИД-регулирования, позиционирование вала двигателя в претензионных проводах, управление электромагнитным тормозом, интервал скоростей и другие характеристики, связанные с регулированием технологических параметров.
• FLt. В этом пункте осуществляется задание автоматического управления приводом при возникновении неисправностей и ненормальных режимов работы.
• СОМ. Этот раздел предназначен для выбора протокола обмена данными и параметров связи с удаленными устройствами управления и контроля.
• SUP. Этот пункт служит для индикации внутренних характеристик ПЧ и установленных настроек.

Помогла ли вам статья?

Да2Не особо

Самостоятельная сборка

Несмотря на то, что покупка надежного и долговечного частотного преобразователя является приоритетным вариантом, такой прибор можно собрать своими руками. Во всемирной сети выложена не одна схема и инструкция, как это сделать. В действительности, сборка своими руками может стать отличной альтернативой в ситуации, когда преобразователь нужен для небольшого бытового устройства. Самодельное устройство справится со своими задачами не хуже покупного, а будет стоить значительно дешевле. Но попытки создания подходящего преобразователя для работы мощных асинхронных двигателей лучше оставить – здесь, как ни старайся, превзойти профессиональные приборы по эффективности и качеству не получится.

Итак, давайте подробно рассмотрим, как собрать частотный преобразователь для асинхронного двигателя своими руками

Обратите внимание, что параметры домашней однофазной электросети позволяют использовать в данном случае двигатель с мощностью не больше 1 кВт

1. 1. Для работы двигателя нам необходима схема подключения обмоток «треугольник». Для этого нужно выводы обмоток соединить между собой последовательно, соблюдая принцип «вывод одной обмотки к вводу другой».

1. Для того чтобы сконструировать преобразователь своими руками нам необходимы следующие компоненты:
   • любой микроконтроллер аналогичный AT90PWM3B;
   • драйвер трехфазного моста (аналог IR2135);
   • 6 транзисторов IRG4BC30W;
   • 6 кнопок;
   • индикатор.
2. В конструкцию создаваемого нами прибора входят две платы, на одной из которых располагаются драйвер, блок питания, входные клеммы и транзисторы, а на второй – индикатор и микроконтроллер. Для соединения плат между собой воспользуемся гибким шлейфом.
3. Для сборки частотного преобразователя необходимо использовать импульсный блок питания. Можно воспользоваться готовым устройством, или собрать его самостоятельно (не будем описывать данный процесс – это тема для отдельной статьи).
4. Для контроля за работой двигателя необходимо подвести внешний управляющий ток, однако мы можем воспользоваться микросхемой IL300 с линейной развязкой.
   Изображение
5. Транзисторы и диодный мост устанавливаются на общем радиаторе.
6. Для дублирования управляющих кнопок используются оптроны ОС2-4.
7. Установка трансформатора на однофазный преобразователь частот для двигателя небольшой мощности не является обязательным шагом. Можно обойтись токовым шунтом с сечением проводов 0,5 мм, и к нему подключить усилитель DA-1 (кстати, он же будет служить для измерения напряжения).
8. В нашем случае мы собираем своими руками преобразователь для асинхронного двигателя мощность в 400 Вт, поэтому не станем устанавливать термодатчик – схема и без него достаточно сложна.
9. По окончанию сборки необходимо изолировать кнопки с помощью пластмассовых толкателей. Управление кнопками осуществляется с помощью опторазвязки.

Обратите внимание, что при использовании длинных проводов, на них необходимо надеть помехоподавляющие кольца

Он позволяет регулировать вращение двигателя в диапазоне частоты 1:40.

Для чего может быть нужен электродвигателю частотный преобразователь

Применение частотных преобразователей позволяет снизить затраты на электроэнергию, расходы на амортизацию двигателей и оборудования. Их возможно использовать для дешевых двигателей с короткозамкнутым ротором, что снижает издержки производства.

Многие электродвигатели работают в условиях частой смены режимов работы (частые пуски и остановки, изменяющуюся нагрузку). Частотные преобразователи позволяют плавно запускать электродвигатель и снижают максимальный пусковой момент и нагрев оборудования

Это важно, например, в грузоподъемных машинах и позволяет снизить негативное влияние резких пусков, а также исключить раскачивание груза и рывки при остановке

При помощи ПЧ можно плавно регулировать работу нагнетательных вентиляторов, насосов и позволяет автоматизировать технологические процессы (применяются в котельных, на горнодобывающих производствах, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей сферах, на водопроводных станциях и других предприятиях).

Использование частотных преобразователей в транспортерах, конвейерах, лифтах позволяет увеличить срок службы их узлов, так как снижает рывки, удары и другие негативные факторы при пусках и остановке оборудования

Они могут плавно увеличивать и уменьшать частоту вращения двигателя, осуществлять реверсивное движение, что важно для большого количества высокоточного промышленного оборудования

Преимущества частотных преобразователей:

1. Снижение затрат на электроэнергию: за счет снижения пусковых токов и регулирования мощности двигателя исходя из нагрузки;
2. Увеличение надежности и долговечности оборудования: позволяет продлить срок эксплуатации и увеличить срок от одного технического облуживания до другого;
3. Позволяет внедрить внешний контроль и управление оборудованием с удаленных компьютерных устройств и способность встраивания в системы автоматизации;
4. Частотные преобразователи могут работать с любой мощностью нагрузки (от одного киловатта до десятков мегаватт);
5. Наличие специальных компонентов в составе частотных преобразователей позволяет защитить от перегрузок, обрыва фазы и короткого замыкания, а также обеспечить безопасную работу и отключение оборудования при возникновении аварийной ситуации.

Конечно, глядя на такой список достоинств можно задаться вопросом, почему бы их не использовать для всех двигателей на предприятии? Ответ тут очевиден, увы, но это высокая стоимость частотников, их монтаж и наладка. Не каждое предприятие может позволить себе эти расходы.

Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Асинхронные электродвигатели: устройство, принцип работы, характеристики

Схема работы устройства плавного пуска, его назначение и конструкция

Обзор современных протоколов промышленной автоматизации — Modbus, Profinet, EtherCAT и др.

Модульные выключатели нагрузки: устройство, отличия от автоматов, особенности выбора и применения

Во вторых

Следует подключить фазовые выходы частотного преобразователя к контактам электрического двигателя. При этом обмотки электрического двигателя следует подключить по принципу «треугольник» или «звезда». Тип выбирается исходя из напряжения, которое вырабатывает частотник. Как правило, к каждому инвертеру приложена инструкция, в которой подробно расписано, как соединяются обмотки двигателя для подключения конкретного частотника. Схема подключения частотного преобразователя к 3-х фазному двигателю также должна быть приведена в инструкции.

Обычно на корпусах двигателей приведены оба значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются по принципу треугольника. В других случаях по принципу звезды. Схема подключения частотного преобразователя также должна быть приведена в паспорте частотника. Там же обычно приводятся и рекомендации по подключению.

Подготовка

Установка преобразователя частоты для электромотора – процесс сложный и ответственный. Он пройдет тем проще и быстрее, чем правильнее сделан выбор частотного преобразователя. Поиск оптимального варианта устройства отталкивается от условий будущей эксплуатации. Опорные моменты следующие.

• Место установки частотного преобразователя. От него зависит несколько важных характеристик частотника. Класс влаго- и пылезащищенности корпуса. Современные преобразователи частоты выполняются в нескольких классах – IP 20, 54, 65. Чем выше защита (первая цифра отвечает за пылезащиту, вторая – за влагонепроницаемость), тем шире возможности по выбору места установки. Модели с IP 20 монтируют только в электротехнические щиты (с автоматикой или ручной системой управления приводом), установленные в помещениях с низким уровнем влажности. Установка в корпусах IP 54 или IP 65 возможна рядом с обслуживаемым мотором.
• Основание преобразователя частоты. Если устройство будет в зоне, удаленной от вибраций и электромагнитных полей, ему достаточно ровной твердой площадки. В противном случае монтаж может осуществляться на опорах, гасящих вибрации, или в шкафах с экранами.
• Климатическое исполнение. Если преобразователь частоты устанавливается на открытой или частично открытой платформе, климатическое исполнение должно соответствовать максимальной и минимальной температуре окружения в теплый и холодный сезон, соответственно. При закрытом монтаже температурный режим, которому должен соответствовать прибор, задает помещение.

Состояние сети (ее напряжение ниже или равно номинальному напряжению прибора). Параметры электродвигателя (совместимость). Проект подключения. Это база для выбора модели.

При установке частотника в шкаф важно соблюсти отступы корпуса от стенок шкафа или других приборов, расположенных в сборке. Размеры отступов определяются индивидуально по мощности монтируемых устройств. Для отвода тепла в закрытом пространстве шкафа в него устанавливаются вентиляторы достаточной мощности (зависит от количества преобразователей частоты и других механизмов)

Для отвода тепла в закрытом пространстве шкафа в него устанавливаются вентиляторы достаточной мощности (зависит от количества преобразователей частоты и других механизмов).

Как подключить частотник к асинхронному двигателю?

Используемый для управления частотой напряжения преобразователь зачастую используется для энергоснабжения трёхфазных двигателей.  С помощью преобразователя частоты также возможно обеспечить присоединение такого устройства к однофазной сети, предотвратив снижение его рабочей мощности. Этим они значимо выигрывают у конденсаторов, которые при подключении не могут сохранить исходный уровень мощности. Подробней про применение частотника для трехфазника- смотрите здесь.

При подключении частотного преобразователя следует предварительно разместить автоматический выключатель, функционирующий от тока сети по значению равного номинальному (или наиболее близкого к таковому) уровню потребления тока в двигателе. Если используется частотник трёхфазного типа, то соответственно следует воспользоваться трёхфазным автоматом с общим рычагом. Такой вариант обеспечивает быстрое обесточивание всех фаз сразу при замыкании на одной из них.

В случае же, если для частотного преобразователя свойственно однофазное питание, то следует применить одинарный автомат, который подходит для работы с утроенным однофазным током.

Однако, при любых обстоятельствах установку частотного преобразователя нельзя осуществлять через включение автомата в месте разрыва нулевых или заземляющих проводов. В таких условиях подразумевается только прямое включение автомата.

Дальнейшую настройку преобразователя частоты осуществляют через соединение с контактами электрического двигателя. Используются при этом фазные провода. Но предварительно производится соединение обмоток электрического двигателя по схеме «звезда» или «треугольник».

Работа по той или иной схеме базируется на том, каков тип преобразователя частоты и характер производимого им напряжения.

По стандарту корпус каждого двигателя имеет отметку с двумя значениями, которым может равняться напряжение. Если частотник продуцирует напряжение соответствующее нижней границы, то соединение осуществляется по типу «треугольник». В остальных случаях для использования принцип «звезды».

Месторасположение управляющего пульта, обязательно прилагающегося при покупке частотного преобразователя, следует подбирать тщательно, чтобы обеспечить наибольшее удобство пользования.

Подключения пульта управления осуществляется по схеме обозначенной в прилагаемой к преобразователю инструкции. После рукоятка фиксируется на нулевом уровне, и автомат включается. В этот момент должно наблюдаться свечение светового индикатора.

Для использования частотного преобразователя, следует надавить кнопку «RUN» (она уже запрограммирована надлежащим образом). Далее делается лёгкий поворот рукоятки, провоцирующий старт постепенного вращения электрического двигателя. Если вращение осуществляется в направлении, противоположном необходимому, то следует нажать реверс. После при помощи рукоятки настраивается требуемая частота вращения устройства. При этом следует учитывать, что на корпусе пульта управления зачастую прописаны не уровни частоты вращения двигателя, выражаемые в оборотах в минуту, а частоты, которую имеет питающее напряжение, выражаемое в герцах.

Чтобы ограничить пусковой ток и снизить пусковой момент в момент пуска асинхронного двигателя с уровнем мощности больше 5000Вт, используется подключение типа «звезда-треугольник». До достижения номинала скорости задействуется схема подключения частотного преобразователя «звезда», а после питание осуществляется по схеме «треугольник». В момент переключения уровень пускового тока уменьшается в три раза относительно прямого пуска. При начале работы по второй схеме до момента разгона двигателей ток возрастёт до уровня прямого пуска. Такой варианты наиболее актуален для, имеющих большую маховую массу, позволяя после разгона сбросить нагрузку.

Логично, что использование такой схемы возможно только с двигателями, рассчитанными на подключения обоих типов.

Проведение работы по схеме «звезда-треугольник» всегда чревато резкими скачками уровня тока в противовес плавному нарастанию в условиях прямого пуска. В момент смены соединения скорость резко снижается и увеличить её можно только увеличив силу тока.

Частотный преобразователь.Как подключить трёхфазный электродвигатель от 220В.

Watch this video on YouTube

Как подключить частотный преобразователь к электродвигателю

• 2 commentsПрименение 4 марта, 2019

Преобразователь частоты переменного тока уже много лет применяются при строительстве электромеханических приборов и агрегатов. Они позволяют модулировать частоту для того, чтобы регулировать скорость вращения вола электрического двигателя.

Частотники позволили подключать трёхфазный электрический двигатель к однофазной сети питания, при этом, не теряя мощности. При старинном типе подключения, через емкий конденсатор, большая часть мощности двигателя терялась, КПД существенно снижалось, обмотки электрического двигателя сильно перегревались.

Всех этих проблем удалось избежать, применением частотного преобразователя

При этом очень важно соблюдать правильное подключение частотного преобразователя к электрическому двигателю

Физическая основа преобразователей частоты

Теоретические основы по работе преобразователей частоты были изложены еще в 30-х годах 20 столетия, но на тот период из-за отсутствия транзисторов и микропроцессоров практическая их реализация была невозможной. Только, когда в США, Европе и Японии были разработаны недостающие компоненты, начали появляться первые вариации частотных преобразователей. С тех пор они претерпели существенных технологических изменений, но принцип их работы до сих пор строится на одних и тех же физических законах.

Работа преобразователей частоты строится на следующей формуле:

Из данного выражения сразу становится ясно, что при изменении частоты входного напряжения, которое в формуле обозначено, как f1, будет меняться и угловая скорость магнитного поля статора, которая определяет и скорость вращения самого статора. Такой эффект может быть достигнут только в случае, если величина p (количество пар полюсов) будет оставаться неизменной.

Что же это дает нам? Во-первых, возможность плавного регулирования скорости вращения. Особенно актуально это на пиковых нагрузках при запуске. Во-вторых, такая зависимость позволяет повысить скольжение двигателя асинхронного типа, увеличив его КПД.

Стоит также отметить, что такие характеристики, как коэффициент мощности, КПД, коэффициент перегрузочной способности принимают высокие значения именно при одновременном регулировании частоты и напряжения тока. Закономерности изменения этих параметров напрямую зависят от нагрузочного момента, который может принимать следующий характер:

Постоянный. При таком характере нагрузочного момента напряжение на статоре будет прямо пропорционально зависеть от частоты:

Вентиляторный. В данном случае напряжение будет пропорционально частоте в квадрате:

Обратно пропорциональный. В данном случае формула будет иметь следующий вид:

Вышеописанные выкладки подтверждают, что при одновременной регулировке частоты и напряжения с помощью частотного преобразователя можно обеспечить плавное и равномерное изменение скорости вращения вала.

Вентиляция инфекционного центра

За два месяца весны 2020 года был спроектирован и построен Московский клинический центр инфекционных болезней «Вороновское» на 800 пациентов. Холдинг «Русклимат» за это время разработал и внедрил комплексную систему очистки воздуха в соответствии с нормативами СанПиН и СНиП. Система вентиляции была сертифицирована Роспотребнадзором в качестве медицинского оборудования.

На объекте установлено около 1100 вытяжных и приточных установок. Организовано зонирование воздушных потоков для исключения перетекания между помещениями. Для автоматизации контроля расчётных температур, влажности и микробиологических параметров применено частотное регулирование.

Управление вентустановками, центральными кондиционерами Ballu и Shuft, компрессорно-конденсаторными блоками Electrolux осуществляют преобразователи частоты. В проекте задействовано несколько тысяч устройств VLT Micro Drive FC-51 мощностью 0,75–5,5 кВт, а также VLT HVAC Basic Drive FC-101.

Функционал частотного регулирования обеспечил соблюдение требований по инфекционной безопасности в воздушной среде помещений всех типов вплоть до «чистых» зон. Также было выполнено обязательное условие — переход на регулирование резервных приводов в случае необходимости.

Типы управления частотным преобразователем

Существует два основным метода управления электродвигателями с использованием частотных преобразователей:

• Скалярный.
• Векторный.

Асинхронные системы управления на сегодняшний день считаются самыми распространенными. Они используются в приводах вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д. Главный принцип, который лежит в основе скалярного управления, состоит в изменении частоты и амплитуды напряжения по закону U/fn = const, где n всегда больше 1. Соответственно, меняя напряжение U, мы изменяем и частоту f в степени n. При этом степенное значение определяется в зависимости от особенностей самого частотного преобразователя и его назначения.

Сама методика скалярного управления достаточно проста с точки зрения ее технической реализации, но при этом имеет два существенных недостатка. Первый заключается в том, что без дополнительного датчика скорости вы не сможете регулировать скорость вала, ведь она напрямую зависит от нагрузки. Данную проблему можно решить простым приобретение датчика.

Но существует еще один недостаток – невозможность регулировки момента. Казалось бы, данная проблема тоже решается покупкой датчика момента. Но он достаточно дорог, да и само управление получится весьма спорным. К тому же, совместно управлять и скоростью и моментом при скалярном типе управления невозможно.

Векторный тип управления подразумевает, что в саму систему закладывается математическая модель работы электродвигателя, что позволяет на программном уровне по входным параметрам рассчитывать и скорость, и момент. При этом обязательно только наличие датчика, который будет снимать показатели тока фаз статора.

Существует два класса векторных систем управления:

• Без датчиков скорости.
• С датчиками скорости.

Их использование в тех или иных случаях определяется в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Если диапазон изменения скорости вращения вала не превышает 1:100, а требования по точности не более 0,5%, то отлично подойдет система без датчиков.

Если же диапазон изменения скорости составляет 1:1000, а требования по точности установлены на уровне до 0,02%, то лучше использовать системы управления с датчиками.

Стоит отметить, что у векторного управления также есть свои недостатки. Например, для их настройки требуются большие вычислительные мощности и знание рабочих параметров двигателей. Кроме того, векторное управление не может использоваться там, где в преобразователю частот подключено сразу несколько рабочих агрегатов – там целесообразно применять скалярные системы.

Когда требуется программирование частотного преобразователя

Настройка преобразователя частоты требуется:

• При установке нового электропривода, укомплектованного частотным регулятором. Программирование и наладка частотного преобразователя проводится перед первым пуском двигателя, а также при окончательной настройке ПЧ.
• При замене электрического двигателя или его капитальном ремонте. Фактические характеристики электрического двигателя, бывшего в эксплуатации или после капитального ремонта, могут отличаться от паспортных данных электрической машины. Это требует внесения корректировок в ПО и повторной наладки.
• При структурном изменении САР, ввода в нее новых устройств и оборудования, любых изменений технологических параметров. Для корректной работы электропривода в составе комплексной АСТП требуется перепрограммирование частотников при изменениях в системе.