Частотники для однофазного електродвигуна, принцип дії
З все більш збільшується зростанням автоматизації в побутовій сфері з'являється необхідність в сучасних системах і пристроях управління електродвигунами.
Управління та перетворення частоти в невеликих по потужності однофазних асинхронних двигунах, що запускаються в роботу за допомогою конденсаторів, дозволяє економити електроенергію і активує режим енергозбереження на новому, прогресивному рівні.
Принцип роботи однофазного асинхронної машини
В основі роботи асинхронного двигуна лежить взаємодія обертового магнітного поля статора і струмів, що наводяться їм в роторі двигуна. При різниці частоти обертання пульсуючих магнітних полів виникає крутний момент. Саме цим принципом керуються при регулюванні швидкості обертання асинхронного двигуна за допомогою частотного перетворювача.
Електродвигун за фактом може вважатися двофазним, але у нього тільки одна робоча обмотка статора, друга, розташована відносно головної під кутом в 90о є пусковий.
Пускова обмотка займає в конструкції статора 1/3 пазів, на головну обмотку припадає 23 паза статора.
Ротор однофазного двигуна коротко замкнутий, поміщений в нерухоме магнітне поле статора, починає обертатися.
Ріс.№1 Схематичний малюнок двигуна, який демонструє принцип роботи однофазного асинхронного двигуна.
Основні види однофазних електроприводів
Кондиціонери повітря, холодильні компресори, електричні вентилятори, обдувальні агрегати, водяні, дренажні і фекальні насоси, мийні машини використовують в своїй конструкції асинхронний трифазний двигун.
Всі типи частотники перетворять змінна напруга мережі в постійну напругу. Служать для формування однофазного напруги з регульованою частотою і заданою амплітудою для управління обертання асинхронних двигунів.
Управління швидкістю обертання однофазних двигунів
Існує кілька способів регулювання швидкості обертання однофазного двигуна.
- Управління ковзанням двигуна або зміною напруги. Спосіб актуальний для агрегатів з вентиляторної навантаженням, для нього рекомендується використовувати двигуни з підвищеною потужністю. Недолік способу - нагрівання обмоток двигуна.
- Ступінчасте регулювання швидкості обертання двигуна за допомогою автотрансформатора.
Рис.№2. Схема регулювання за допомогою автотрансформатора.
Переваги схеми - напруга виходу має чисту синусоїду. Здатність трансформатора до перевантажень має великий запас по потужності.
Недоліки - автотрансформатор має великі габаритні розміри.
- Використання тиристорного регулятора обертів двигуна. Застосовуються тиристорні ключі, підключення зустрічно-паралельно.
Мал. №3.Схема тиристорного регулювання однофазного асинхронного електродвигуна.
При використанні для регулювання швидкості обертання однофазних асинхронних двигунів, щоб уникнути негативного впливу індукційного навантаження виробляють модифікацію схеми. Додають LRC-ланцюга для захисту силових ключів, для коригування хвилі напруги використовують конденсатор, мінімальна потужність двигуна обмежується, так гарантується старт двигуна. Тиристор повинен мати струм вище струму електродвигуна.
- Транзисторний регулятор напруги.
У схемі використовується широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) з застосуванням вихідного каскаду, побудованого на використанні польових або біполярних IGBT транзисторах.
Мал. №4. Схема використання ШІМ для регулювання однофазного асинхронного електродвигуна.
Частотне регулювання асинхронного однофазного електродвигуна вважається основним способом регулювання частоти електродвигуна, потужності, ефективності використання, швидкості і показників енергозбереження.
Мал. №5. Схема управління електродвигуном без винятку з конструкції конденсатора.
Частотний перетворювач: види, принцип дії, схеми підключення
Частотний перетворювач дозволяє своєму власникові знизити енергоспоживання і автоматизувати процеси в управлінні обладнанням і виробництвом.
Основні компоненти частотного перетворювача: випрямляч, конденсатор, IGBT-транзистори, зібрані в вихідний каскад.
Завдяки здатності управлінням параметрами вихідної частоти і напруги досягається хороший енергозберігаючий ефект. Енергозбереження виражається в наступному:
- У двигуні підтримується незмінний поточний момент рощення вала. Це обумовлено взаємодією вихідний частоти инверторного перетворювача з частотою обертання двигуна і відповідно, залежністю напруги і крутного моменту на валу двигуна. Значить, що перетворювач дає можливість автоматично регулювати напругу на виході при виявленні перевищує норму значення напруги з певною робочою частотою потрібно для підтримки необхідного моменту. Все інверторні перетворювачі з векторним керуванням мають функцію підтримки постійного крутного моменту на валу.
- Частотний перетворювач служить для регулювання дії насосних агрегатів (див. Сторінку). При отриманні сигналу, що надходить з датчика тиску, Частотники знижує продуктивність насосної установки. При зниженні оборотів обертання двигуна зменшується споживання вихідної напруги. Так, стандартне споживання води насосом вимагає 50Гц промислової частоти і 400В напруги. Керуючись формулою потужності можна вирахувати співвідношення споживаних потужностей.
Зменшуючи частоту до 40Гц, зменшується величина напруги до 250В, означає, що зменшується кількість оборотів обертання насоса і споживання енергії знижується в 2,56 раз.
Мал. №6. Використання частотного перетворювача Speedrive для регулювання насосних агрегатів по систем CKEA MULTI 35.
Для підвищення енергетичної ефективності використання частотного перетворювача в управлінні електродвигуном необхідно зробити наступне:
- Частотний перетворювач повинен відповідати параметрам електродвигуна.
- Частотники підбирається відповідно до типу робочого устаткування, для якого він призначений. Так, Частотники для насосів функціонує відповідно до закладених в програму параметрами для управління роботою насоса.
- Точні налаштування параметрів управління в ручному і автоматичному режимі.
- Частотний перетворювач дозволяє використовувати режим енергозбереження.
- Режим векторного регулювання дозволяє зробити автоматичне налаштування управління двигуном.
Перетворювач частоти однофазний
Компактний пристрій перетворення частоти служить для управління однофазними електродвигунами для обладнання побутового призначення. Більшість частотних перетворювачів володіє наступними конструктивними можливостями:
- Більшість моделей використовує в своїй конструкції новітні технології векторного управління.
- Вони забезпечують поліпшений крутний момент однофазного двигуна.
- Енергозбереження введено в автоматичний режим.
- Деякі моделі частотних перетворювачів використовують знімний пульт управління.
- Вбудований PLC контроллер (він незамінний для створення пристроїв збору та передачі даних, для створення систем телеметрії, об'єднує пристрої з різними протоколами і інтерфейсами зв'язку в загальну мережу).
- Вбудований ПІД регулятор (контролює і регулює температуру, тиск і технологічні процеси).
- Напруга виходу регулюється в автоматичному режимі.
Ріс.№7. Сучасний перетворювач Optidrive з основними функціональними особливостями.
Важливо: Однофазний перетворювач частоти, харчуючись від однофазної мережі напругою 220В, видає три лінійних напруги, величина кожного з них по 220. Тобто, лінійна напруга між 2 фазами знаходиться в прямій залежності від величини вихідної напруги самого Частотники.
Частотний перетворювач не може виступати в для подвійного перетворення напруги, завдяки наявності в конструкції ШІМ-регулятора, він може підняти величину напруги не більше ніж на 10%.
Головне завдання однофазного перетворювача частоти - забезпечити харчування як одно- так і трифазного електродвигуна. У цьому випадку струм двигуна буде відповідати параметрам підключення від трифазної мережі, і залишатися постійним
Частотне регулювання однофазних асинхронних електродвигунів
Перше на що звертаємо увагу при виборі Частотники для свого обладнання - це відповідність напруги і номінального значення струму навантаження, на який розрахований двигун. Спосіб підключення вибирається щодо робочого струму.
Головним в схемі підключення є наявність фазосдвигающей конденсатора, він служить для зсуву напруги, що надходить на пускову обмотку. Вона служить для пускового включення двигуна, іноді після того, як двигун заробив, пускова обмотка разом з конденсатором відключається, іноді залишається включеною.
Схема підключення однофазного двигуна за допомогою однофазного частотного перетворювача без використання конденсатора
Вихідна лінійна напруга пристрою на кожній фазі дорівнює вихідному напрузі Частотники, тобто на виході буде три напруги лінії, кожне по 220. Для запуску може використовуватися тільки пускова обмотка.
Мал. №8. Схема приєднання однофазного асинхронного двигуна через конденсатор
Фазосдвігающій конденсатор не може забезпечити рівномірний фазовий зсув в межах кордонів частот інвертора. Частотники забезпечить рівномірний зсув фаз. Для того, щоб виключити зі схеми конденсатор, потрібно:
- Конденсатор стартера С1 видаляється.
- Висновок обмотки двигуна приєднуємо до точки виходу напруги Частотники (використовується пряма проводка).
- Точка А приєднується до СА; В з'єднується з СВ; W з'єднується до СС, таким чином електродвигун приєднається безпосередньо.
- Для включення в зворотному напрямку (зворотна проводка) необхідно В приєднати до СА; А приєднати до СВ; W з'єднати з СС.
Мал. №9. Схема підключення однофазного асинхронного двигуна без використання конденсатора.
Частотний перетворювач. Підключення трифазного двигуна в однофазну мережу 220В.