Частотний регулятор для асинхронного двигуна-всі функції

Регульований асинхронний привід широко поширений і популярний так, що фактично замінив собою синхронні електродвигуни та привід постійного струму.

Варіанти регулювання швидкості електродвигуна включають кілька існуючих способів:

1. Зміна подачі напруги;
2. Перемикання обмоток асинхронних двигунів;
3. Частотна регулювання швидкості електродвигуна за допомогою зміни струмових величин;
4. Застосування електронного комутатора.

Багато в чому це відбулося завдяки появі частотних перетворювачів, які забезпечують енергетичні та динамічні показники. Використання частотного регулятора швидкості вважається найпрогресивнішим і затребуваним методом, що входять в способи регулювання обертів обертання асинхронних двигунів.

Основне призначення, яке виконує частотний регулятор швидкості для асинхронного двигуна грунтується на здійсненні харчування таким чином, щоб робочі характеристики агрегату радикально відрізнялися від звичайних параметрів, одержуваних з мережі. При цьому напруга в мережі і частота повинні залишитися незмінними.

Пристрій і принцип роботи, структура частотного регулятора

Принцип роботи частотного регулятора для асинхронного двигуна полягає в харчуванні електродвигуна змінною напругою з мінливими по необхідності, параметрами амплітуди і частоти. При цьому підтримка співвідношення напруга / частота залишаються чітко визначеними і незмінними. Генерування змінної напруги відбувається завдяки силовому електронного перетворювача.

Мал. №1 Принципова схема перетворювача частоти

Принцип роботи має на увазі використання широтно-імпульсної модуляції. Принцип має на увазі подачу імпульсного напруги на обмотки двигуна з амплітудою рівної напрузі, отриманого від випрямляча. Імпульси модульовані по ширині і створюють напругу змінного струму зі змінною амплітудою. Наочним прикладом можуть вважатися криві міжфазного напруги і струму в одній обмотці двигуна при з'єднанні обмоток трикутником.

Мал. №2 Графік напруги на виході ШІМ і ток в рухової обмотці при з'єднанні трифазного асинхронного двигуна в трикутник

Основні елементи, які входять в структуру частотного перетворювача

Частотний перетворювач складається з наступних компонентів:

1. Мостовий випрямляч на 1 або 3 фази, обладнаний конденсатором на виході, є джерелом постійної напруги.
2. Мостовий інвертор (IGBT) харчується постійною напругою за допомогою широтно-імпульсного методу модуляції, служить для генерації напруги змінного струму із змінною амплітудою і частотою.
3. Модуль управління, який подає команди провідності на інвертор. Вони залежать від сигналів, що подаються оператором і відомостей про результати вимірювань електричних величин (напруга мережі, навантаження струм двигуна).

Структура частотного регулятора

В даний час детально розроблені і широко застосовуються дві основні топології багаторівневих частотних перетворювачів. Це каскадні і перетворювачі на базі багаторівневих частотних інверторів напруги.

Мал. №3 Структурна схема частотного перетворювача багаторівневого типу високої напруги, побудована на базі IGBT-транзисторів з повітряним або водяним охолодженням

До складу пристрою включений багатообмотувальних трансформатор. До особливостей схеми відноситься наявність силових осередків з послідовним з'єднанням, завдяки чому на виході пристрою виходить сумарне висока напруга. Подібна схема служить для отримання форми вихідної напруги практично наближеною до ідеального синусу. Наявність шунтіруемой в момент несправності осередків обумовлює високу надійність схеми.

Як продовження попередньої схеми розглянемо схему перетворювача на базі трансформаторного багаторівневого інвертора напруги з широтно-імпульсною модуляцією із застосуванням IGBT-модулів. Для устрою характерна фіксована частота ШІМ - 3кГц. У структуру пристрою включені система захисту з використанням мікропроцесора.

Мал. 4 Структурна схема перетворювача

На схемі видно, що всі блоки функціонально взаємопов'язані. На схемі показано як працює частотний регулятор для асинхронного двигуна, пристрій і принцип роботи.

У першому блоці знаходиться вхідний трансформатор, в блоці здійснюється передача електроенергії від трифазного високовольтного джерела живлення. Від багаторівневого трансформатора проводиться розподіл зниженої напруги в шафу інвертора на багаторівневий інвертор.

Шафа інвертора включає до складу багаторівневий трифазний інвертор, що складається з осередків - перетворювачів. У кожній знаходиться шестіімпульсний фільтр для випрямлення ланки постійного струму і бруківці інвертор напруги на IGBT-транзисторах. За схемою відбувається випрямлення вхідного змінного струму, який завдяки инвертору змінюється в змінний струм, що володіє регульованими показниками частоти і напруги.

У шафі захисту управління знаходяться мікропроцесорний блок, що володіє багатофункціональними можливостями і системою харчування від ТСН перетворювача, пристрій введення перетворювача і первинні сенсори, що позначають режими роботи перетворювача.

Мікропроцесор служить для формування сигналів управління інвертором в залежності від визначеного алгоритму роботи. Він служить для обробки відомостей, зібраних з датчиків напруги і струму. Мікропроцесор формує сигнали для управління захистами і аварійними кнопками управління, коректує алгоритм управління.

Для передачі відомостей і зв'язку використовується оптоволоконний кабель. Для безперебійної роботи є незалежний вбудований джерело живлення. Редагування параметрів виконується пультом дистанційного керування.

Для надійного відключення і безпечного проведення різного роду робіт перетворювач обладнаний лінійним роз'єднувачем.

Мал. №5 Узагальнена схема осередку перетворювача

Джерела керованого змінної напруги формують фазу напруги для виконання їх послідовного з'єднання. Вихідна схема мережі живлення асинхронного двигуна відбувається за схемою з'єднання обмоток «Зірка». Напруга в трифазному инвертор розподіляється за схемою.

Мал. №6 Схема розподілу напруги в инвертор на три фази

Частотні перетворювачі для однофазного асинхронного електродвигуна

Використання малогабаритних частотних перетворювачів застосовується при управлінні швидкістю обертання однофазних двигунів, що застосовуються в конструкціях побутових пристроїв і для виробництва технологічних процесів. Детальніше про регулювання однофазного асинхронного двигуна за допомогою частотного перетворювача дивіться тут

Частотний регулятор швидкості для асинхронного двигуна буде надзвичайно актуальним в схемах управління такими приладами, як кондиціонери повітря, холодильні камери, електричні вентилятори, насоси, все обладнання з використанням асинхронних електродвигунів.

Особливості використання регуляторів швидкості для однофазних електродвигунів

У конструкцію частотного регулятора входить кілька елементів, які забезпечують ефективність роботи пристрою, до них відносяться:

1. Вбудований конвертер інтерфейсів RS485 (працює опционно);
2. Вбудований ПЛК контролер;
3. Вбудований ПІД-регулятор (формує сигнал для управління пристроєм).

До переважним особливостям використання регуляторів швидкості відносяться інноваційні технології векторного управління. Значна енергозберігаюча ефективність - це функція, яка забезпечується в автоматичному режимі. Управління регулятором швидкості можна виконувати за допомогою дистанційного пульта управління, мінімальна відстань для управління 5м.

Важливо: в конструкції перетворювача частоти передбачена можливість автоматично регулювати вихідну напругу.

Популярні моделі регуляторів швидкості для однофазного двигуна

Серед різноманіття пристроїв, що виконують функцію управління електродвигуном, існують дві основні різновиди моделей регуляторів обертів. Це електронні тиристорні однофазні регулятори швидкості, які працюють за рахунок плавної зміни напруги харчування. Другий різновид моделей регуляторів обертів - трансформаторний однофазний регулятор швидкості. Його робота полягає в зміні положення трехступенчатого кулачкового перемикача, за допомогою якого відбувається зміна комбінації перемикання обмоток.

Частотне управління регулюванням швидкістю асинхронного електродвигуна в наш час є технічним стандартом. Використання частотного регулятора витіснило дуже багато способів управління. Симетричне і несиметричне управління напругою і використання додаткових опорів, зміна числа пар полюсів пішли в минуле.