Domov › Tarify › Obvod frekvenčního měniče pro řízení elektromotoru. Frekvenční měniče pro asynchronní motory

Obvod frekvenčního měniče pro řízení elektromotoru. Frekvenční měniče pro asynchronní motory

Ekologie vědění a technologie: Asynchronní motory se dnes používají poměrně široce a moderní frekvenční měniče jsou navrženy tak, aby jejich provoz byl efektivnější, stabilnější a bezpečnější.

Asynchronní motory se dnes používají poměrně široce a moderní frekvenční měniče jsou navrženy tak, aby jejich provoz byl efektivnější, stabilnější a bezpečnější. V každém konkrétním případě je provozní režim asynchronního motoru jiný a vlastnosti těchto režimů jsou odlišné, proto je užitečné optimalizovat výkonové parametry motoru, což je usnadněno použitím frekvenčních měničů.

Při výběru frekvenčního měniče pro konkrétní účel je nutné vzít v úvahu řadu provozních parametrů: výkon elektromotoru, jeho typ, rozsah nastavení otáček a přesnost tohoto nastavení, přesnost udržení točivého momentu na hřídeli. Toto jsou základní parametry pro výběr. Kromě toho byste měli věnovat pozornost rozměrům a tvaru zařízení a také umístění ovládacích prvků, abyste zjistili, zda to bude ve vaší situaci vhodné.

Frekvenční měniče jsou jednofázové nebo třífázové. A i když je na vstup přiváděna pouze jedna fáze, na výstupu může být buď jedna, nebo tři fáze. Při výběru frekvenčního měniče na to určitě dbejte.

Pokud jde o výkon asynchronního motoru, souvisí s maximální spotřebou proudu, se kterou je třeba počítat. Pokud je při spouštění motoru nutné získat na hřídeli významný rozběhový moment, pak je v tomto případě potřeba větší proud, což znamená, že má smysl zvolit frekvenční měnič pro vyšší hodnotu proudu. Rychlá akcelerace a prudké brzdění přímo souvisí s proudem, pokud je měnič schopen poskytnout požadovaný proud, pak je pro vás v tomto parametru vhodný.

U speciálních motorů, jako jsou ponorná čerpadla, synchronní motory, zatahovací motory, vysokootáčkové motory, by měl být maximální proud frekvenčního měniče jen o málo vyšší než jmenovitý proud motoru.

Když jsou parametry zatížení předem známy a nemění se konstantní frekvencí (například to mohou být ventilátory, čerpadla, kompresory, tedy takové mechanismy, které jsou odpovědné za udržování určitého stavu technologického procesu), tzn. , moment závisí přímo na frekvenci, používá se metoda skalárního řízení frekvence s rozsahem od 5 do 50 Hz a výše.

Například kompresor musí udržovat určitý tlak a tlakové čidlo, sledující aktuální stav v aktuálním režimu, dává signál ke změně rychlosti - otáčky kompresoru se mění, proto se mění i zátěž, tuto příležitost poskytuje možnost zpětné vazby.

Pro přesnější řízení, kdy je potřeba udržovat konstantní točivý moment nebo otáčky i při nízkých frekvencích, se používají frekvenční měniče s vektorovým řízením. Dokážou udržet stálou rychlost i při prudce se měnícím zatížení a to už je složitější ovládání.

V zásadě jsou frekvenční měniče s vektorovým řízením vhodné pro pohon dopravníků, výtahů, dopravníků, stavebních strojů, lisů, obráběcích strojů a dalších zařízení, která vyžadují konstantní rychlost při proměnném zatížení. Takové měniče mohou také udržovat konstantní točivý moment při různých rychlostech.

Vektorově řízený převodník vyžaduje konfiguraci, tj. zadání pasových dat připojeného motoru. Během provozu dochází k automatické regulaci na základě aktuálních informací o proudu, napětí a frekvenci. Metoda vektorového řízení umožňuje snížit jalový proud motoru na optimální odpovídajícím snížením nebo zvýšením napětí na motoru.

Frekvenční měniče se zpětnou vazbou otáček umožňují přesné řízení otáček, když se zatížení může měnit při stejné frekvenci a točivý moment vůbec přímo nesouvisí s otáčkami. S takovými měniči je také možné nastavit otáčky v širokém rozsahu při krouticích momentech blízkých jmenovité hodnotě.

Mezi další možnosti frekvenčních měničů patří možnost připojení přes protokoly MODBUS, PROFIBUS, CANOPEN a také ovládání přes Bluetooth. K dispozici jsou frekvenční měniče s dálkovým potenciometrem, s možností ovládání z počítače a s funkcí uložení nastavení

Proč si potřebujete vyrobit měnič pro 3-fázový elektromotor sami a jak si ho vyrobit? Pro ochranu životního prostředí se všude vytvářejí pravidla, která doporučují výrobcům elektrozařízení vyrábět produkty, které budou šetřit elektrickou energii. Toho lze často dosáhnout správným řízením otáček elektromotoru. Frekvenční měnič tento problém snadno vyřeší.

Různé názvy: měnič, měnič frekvenčního proudu, frekvenčně řízený pohonný mechanismus. Dnes jsou taková zařízení vyráběna různými továrnami, ale mnoho řemeslníků je nedělá horšími vlastními rukama.

Jak jsem si vyrobil vlastní frekvenční měnič

Asynchronní pohon jsem vyrobil i kamarádovi. Potřeboval pohon pro pilu, výkonný a dobrý. Protože jsem rád pracoval s elektronikou, okamžitě jsem mu nabídl následující obvod:

Použil jsem třífázový můstek na tranzistorech se zpětnovazebními diodami, které byly k dispozici. Řízení bylo provedeno přes optodriver HCPL 3120 s mikrokontrolérem PIC16F628A. Na vstupu jsem připájel zhášecí kapacitu, aby se elektrolyty nabíjely plynule. Pak jsem připájel bočníkové relé. Nainstaloval jsem také spoušť proudové ochrany proti zkratu a přetížení. Pro ovládání jsem nainstaloval dvě tlačítka a přepínač pro zpětné otáčení.

Silovou část jsem sestavil pomocí nástěnné instalace.

Rezistory jsem zapojil paralelně na 270 kOhm pomocí hradlových kondenzátorů a připájel je za desku. Moje deska je zobrazena ve vnějším pohledu:

Pohled na tuto moji desku z druhé strany:

Pro připojení napájecího napětí jsem sestavil zdroj, který pracuje na impulsech, flyback. Zde je schéma tohoto napájecího zdroje:

Jak jsem naprogramoval mikrokontrolér? Jednoduché blinkry mi nedělaly žádný problém. Výsledkem byly konstanty ve formě matice, se kterou pracoval můj kontrolér. Frekvence a napětí byly specifikovány těmito hodnotami. Celé schéma provozu jsem zkontroloval na motoru ventilátoru s nízkým výkonem, 200 W. Můj návrh vypadal takto:

Počáteční experimenty přinesly dobré výsledky. Poté jsem program upravil. Nastartoval jsem motor o výkonu 4 kW a šel smontovat ovládání pily.

Při instalaci jsme s kamarádem omylem zkratovali a spustila se ochrana, zkontrolovali jsme její činnost. Motor o výkonu 2 kW 1500 ot./min řezal desky snadno. Nyní se stále dokončuje program na posílení motoru nad jeho nominální hodnotu. Charakteristika: frekvence od 2 do 50 hertzů v krocích po 1,5 hertzu, synchronní frekvence, neustále se měnící, náběh od 1500 do 3500 hertzů, řízení skalárním typem U/F, výkon motoru do 5 kW.

Podržte tlačítko RUN a zrychlete motor. Pusťte, frekvence zůstane na stejné úrovni. Když se LED rozsvítí, pohon je připraven ke spuštění.

Jak si vyrobit střídač sami?

Spolu s výrobou továrních měničů je amatéři vyrábějí sami, vlastníma rukama. Není zde nic složitého. Takový frekvenční měnič převádí jednu fázi a mění ji na tři fáze. Elektromotor s podobným frekvenčním rozsahem se používá doma, jeho výkon se neztratí.

Usměrňovací blok v obvodu je umístěn na začátku. Dále následují ty, které odříznou aktuální proměnné. K výrobě těchto měničů se používají IGBT tranzistory.

Tyristory jsou budoucnost, i když se v současnosti používají již dlouhou dobu. Zakoupený frekvenční spínač na bázi bipolárních tranzistorů je drahý a málo používaný (servopohony, řezání kovů). Tyto pohony, jako jsou dopravníky a dopravníky, rotační stroje, vodní čerpací stanice, klimatizační systémy - to je velká část celého využití zařízení závodu, kde je lepší použít frekvenční pohony pro řízení elektromotorů s kotvou nakrátko. a můžete ovládat otáčky motoru aplikací potenciálu změnou frekvence až do 50 hertzů.

Uveďme jednoduché příklady frekvenčních měničů, které táhly výkonné elektromotory dieselových lokomotiv a elektrických vlaků, mezi které patřilo mnoho nákladních plošinových vozů, velké stanice s 600voltovými čerpadly, zásobující městské oblasti pitnou vodou. Je zřejmé, že tyto silné elektromotory nejsou vhodné pro bipolární tranzistory. Proto se používají aktivní tyristory typu GTO, GCT, IGCT a SGCT. Převádějí ze stejnosměrného proudu na třífázovou síť s dobrým výkonem. Existují však jednoduché obvody využívající jednoduché tyristory, které jsou uzavřeny zpětným katodovým proudem. Takové tyristory nebudou pracovat v režimu PWM, dobře se používají v přímém řízení elektromotorů bez konstantního proudu. Pro stejnosměrné motory byly v době stagnace použity frekvenční měniče na bázi tyristorů. Siemens vynalezl technologii, která změnila průmysl k nepoznání.

Náklady na všechny části domácího střídače jsou výrazně nižší než cena továrního zařízení.

Taková domácí zařízení se dobře hodí pro elektromotory s výkonem do 0,75 kW.

K čemu je střídač určen - princip jeho činnosti

Měnič působí na rychlost otáčení asynchronních motorů. Motory přeměňují elektrickou energii na mechanický pohyb. Rotační pohyb se převádí na mechanické pohyby. To vytváří velké pohodlí. Asynchronní motory jsou velmi oblíbené v mnoha aspektech lidského života.

Otáčky elektromotoru lze měnit jinými zařízeními. Ale mají mnoho nedostatků. Obtížně se používají, jsou drahé, pracují nekvalitně a rozsah nastavení je malý.

U třífázového motoru je tento problém snadno vyřešen. Každý ví, že použití frekvenčních měničů ke změně rychlosti otáčení je nejlepší a nejsprávnější metoda. Takové zařízení zajišťuje měkký start a brzdění a také řídí mnoho procesů probíhajících v motoru. V tomto případě jsou nouzové situace odstraněny.

Pro plynulou a rychlou regulaci chodu motoru odborníci vyvinuli speciální elektrický obvod. Použití frekvenčního generátoru umožňuje provozovat motor bez přerušení a hospodárně. Jeho účinnost dosahuje 98 %. K tomu dochází zvýšením spínací frekvence. Mechanická zařízení nemohou vykonávat takové funkce.

Jak regulovat rychlost měniče?

Jak může frekvenční generátor změnit elektromotor? Nejprve změní síťové napětí. Dále se z něj získá požadovaná amplituda napětí a frekvence a přivede se do elektromotoru.

Rozběh intervalu regulace otáček měničem je velký. Můžete změnit otáčení motoru v jiném směru. Abyste zabránili selhání motoru, musíte vzít v úvahu údaje o jeho charakteristikách, přípustné rychlosti, výkonu.

Z čeho se skládá řídící pohon?

Schéma frekvenčního obvodu.

Skládá se ze tří částí:

usměrňovač, který po připojení k elektrické síti poskytuje stejnosměrný proudový potenciál. Síť může nebo nemusí být spravována;
filtrační prvek, který vyhlazuje výstupní napětí (používá se kapacita);
invertor, který produkuje požadovaný frekvenční potenciál, nejvzdálenější článek v blízkosti elektromotoru.

Režim řízení frekvence

Jsou rozděleny do typů regulace otáček motoru:

(žádné připojení ze zadní strany);
vektorový režim řízení (zapojení na zadní straně je k dispozici nebo chybí).

V prvním případě je řízen stator svým magnetickým polem. Vektorové řízení zohledňuje působení magnetických polí rotoru a statoru a zlepšuje točivý moment při různých rychlostech otáčení. To je hlavní rozdíl mezi jejich režimy ovládání.

Vektorová metoda je přesnější a efektivnější. Je to dražší na údržbu. Je vhodnější pro specialisty s dobrými odbornými dovednostmi a znalostmi. Metoda řízení skalárního typu je nejjednodušší k použití. Používá se s výstupními parametry, které nevyžadují zvláštní přesné nastavení.

Jak připojit střídač s trojúhelníkem a hvězdou?

Když jsme si koupili invertor za levnou cenu, vyvstává potřeba: připojit jej k elektromotoru sami bez odborníků. Nejprve musíte nainstalovat jistič, který z bezpečnostních důvodů vypne napájení. Pokud dojde ke zkratu ve fázích, celý systém se vypne.

Motor můžete připojit do hvězdy nebo trojúhelníku.

Při jednofázovém regulačním pohonu jsou kontakty elektromotoru zapojeny do trojúhelníku. Pak se síla neztratí. Výkon tohoto frekvenčního měniče nebude větší než 3 kW.

Třífázové střídače jsou technicky nejmodernější. Jsou napájeny z továrních třífázových sítí a propojeny hvězdou.

Pro omezení startovacího proudu a snížení startovacího momentu při startování elektromotoru nad 5 kW můžete použít metodu zapojení do trojúhelníku a hvězdy.

Když je stator zapnutý, použije se hvězdicový okruh a pokud jsou otáčky motoru normální, přejdou na trojúhelníkovou verzi. To se ale používá, když existuje možnost zapojení ve dvou okruzích.

Upozorňujeme, že ve verzi hvězda-trojúhelník budou vždy velké poklesy proudu. Při přechodu na druhé schéma se otáčky motoru výrazně sníží. Pro obnovení rychlosti otáčení je nutné zvýšit proud.

Široce používané jsou frekvenční spínače pro motory s výkonem do 8 kW.

Aplikace měničů nové generace

Moderní jsou vyráběny pomocí zařízení, jako jsou mikrokontroléry. To výrazně zlepšuje funkce střídačů v řídicích a monitorovacích algoritmech z hlediska provozní bezpečnosti.

Frekvenční generátory byly úspěšně použity v následujících oblastech výroby:

v zásobování vodou, zásobování teplem při změně rychlosti přívodu čerpadla přívodu studené a teplé vody;
v továrních podmínkách strojírenství;
v lehkém a textilním průmyslu;
ve výrobě energie a paliv;
pro kanalizační a studniční čerpadla;
v technologických procesech pro automatizaci řízení.

Pro ovládání a sledování frekvenčních měničů nabízí výrobce zařízení vytvořený program, který bude vždy komunikovat s regulátorem přes port, bude ukazovat stav na monitoru a umožní ovládání. Data jsou dokumentována výměnným protokolem a jsou využívána uživateli, kteří vytvářejí řídicí programy pro elektronická zařízení a regulátory.

Výměna dat probíhá ve třech fázích:

Identifikace.
Inicializace.
Řízení a kontrola.

Náklady na zdroje nepřerušitelného napětí závisí na tom, zda obsahují frekvenční měnič. Taková zařízení jsou budoucností. Hospodářský a energetický sektor se bude díky novým moderním zařízením rozvíjet rychleji.

V současné době se asynchronní elektromotor stal hlavním zařízením ve většině elektrických pohonů. K řízení se stále častěji používá měnič s PWM řízením. Takové řízení poskytuje mnoho výhod, ale také vytváří určité problémy při výběru určitých technických řešení. Pokusme se jim porozumět podrobněji.

Zařízení frekvenčního měniče

Vývoj a výroba široké škály výkonných, vysokonapěťových tranzistorových IGBT modulů umožnily implementovat vícefázové výkonové spínače řízené přímo digitálními signály. Programovatelné výpočetní nástroje umožnily generovat číselné sekvence na vstupech spínačů, které poskytují signály. Vývoj a masová výroba jednočipových mikrokontrolérů s velkými výpočetními zdroji umožnila přejít na servoelektrické pohony s digitálními ovladači.

Výkonové frekvenční měniče jsou zpravidla realizovány podle obvodu obsahujícího usměrňovač s výkonnými výkonovými diodami nebo tranzistory a střídač (řízený spínač) s IGBT tranzistory bočními diodami (obr. 1).

Rýže. 1. Obvod frekvenčního měniče

Vstupní stupeň usměrňuje přiváděné sinusové síťové napětí, které po vyhlazení pomocí indukčně-kapacitního filtru slouží jako napájecí zdroj pro řízený měnič, který působením digitálních řídicích povelů generuje signál c, který generuje sinusové proudy. ve statorových vinutích s parametry, které zajistí požadovaný provozní režim elektromotoru.

Digitální řízení výkonového měniče se provádí pomocí hardwaru a softwaru mikroprocesoru odpovídajících zadaným úlohám. Výpočetní zařízení generuje v reálném čase řídicí signály pro 52 modulů a zpracovává také signály z měřicích systémů, které řídí chod pohonu.

Napájecí zařízení a řídicí výpočetní zařízení jsou spojeny do konstrukčně navrženého průmyslového produktu zvaného frekvenční měnič.

V průmyslových zařízeních se používají dva hlavní typy frekvenčních měničů:

značkové měniče pro konkrétní typy zařízení.

univerzální frekvenční měniče jsou určeny pro víceúčelové řízení provozu IM v uživatelsky zadaných režimech.

Instalaci a ovládání provozních režimů frekvenčního měniče lze provádět pomocí ovládacího panelu vybaveného obrazovkou pro zobrazení zadaných informací. V jednoduché verzi skalárního řízení frekvence můžete použít sadu jednoduchých logických funkcí dostupných v továrním nastavení regulátoru a vestavěný PID regulátor.

Pro implementaci složitějších režimů řízení pomocí signálů ze zpětnovazebních senzorů je nutné vyvinout strukturu ACS a algoritmus, který by měl být naprogramován pomocí připojeného externího počítače.

Většina výrobců vyrábí řadu frekvenčních měničů, které se liší vstupními a výstupními elektrickými charakteristikami, výkonem, konstrukcí a dalšími parametry. Pro připojení k externímu zařízení (napájení, motor) lze použít další externí prvky: magnetické spouštěče, transformátory, tlumivky.

Typy řídicích signálů

Je nutné rozlišovat mezi různými typy signálů a pro každý z nich použít samostatný kabel. Různé typy signálů se mohou navzájem ovlivňovat. V praxi k takovému oddělení dochází často, například kabel z lze připojit přímo k frekvenčnímu měniči.

Rýže. 2. Příklad zapojení silových obvodů a řídicích obvodů frekvenčního měniče

Lze rozlišit následující typy signálů:

analogové - napěťové nebo proudové signály (0...10 V, 0/4...20 mA), jejichž hodnota se mění pomalu nebo zřídka, obvykle se jedná o řídicí nebo měřicí signály;

diskrétní napěťové nebo proudové signály (0...10 V, 0/4...20 mA), které mohou nabývat pouze dvou zřídka se měnících hodnot (vysoké nebo nízké);

digitální (datové) - napěťové signály (0...5 V, 0...10 V), které se rychle a s vysokou frekvencí mění, obvykle se jedná o signály z portů RS232, RS485 atd.;

relé - kontakty relé (0...220 V AC) mohou spínat indukční proudy v závislosti na připojené zátěži (externí relé, svítilny, ventily, brzdy atd.).

Výběr výkonu frekvenčního měniče

Při volbě výkonu frekvenčního měniče je nutné vycházet nejen z výkonu elektromotoru, ale také ze jmenovitých proudů a napětí měniče a motoru. Faktem je, že udávaný výkon frekvenčního měniče platí pouze pro jeho provoz se standardním 4-pólovým asynchronním elektromotorem ve standardních aplikacích.

Skutečné pohony mají mnoho aspektů, které mohou způsobit zvýšení aktuálního zatížení pohonu, například při spouštění. Obecně použití frekvenčního měniče umožňuje snížit proudové a mechanické zatížení díky měkkému rozběhu. Například startovací proud se sníží z 600 % na 100-150 % jmenovité hodnoty.

Jezděte při snížené rychlosti

Je třeba připomenout, že ačkoliv frekvenční měnič bez problémů zajistí regulaci otáček 10:1, při chodu motoru v nízkých otáčkách nemusí výkon vlastního ventilátoru stačit. Je nutné sledovat teplotu motoru a zajistit nucenou ventilaci.

Elektromagnetická kompatibilita

Protože je frekvenční měnič výkonným zdrojem vysokofrekvenčních harmonických, musí být pro připojení motorů použit stíněný kabel o minimální délce. Takový kabel musí být položen ve vzdálenosti minimálně 100 mm od ostatních kabelů. To minimalizuje rušení. Pokud potřebujete křížit kabely, křížení se provádí pod úhlem 90 stupňů.

Napájení z nouzového generátoru

Měkký start poskytovaný frekvenčním měničem umožňuje snížit požadovaný výkon generátoru. Vzhledem k tomu, že při takovém startu se proud sníží 4-6krát, výkon generátoru lze snížit podobným počtem. Ale přesto musí být mezi generátor a měnič instalován stykač, ovládaný z reléového výstupu měniče kmitočtu. To chrání frekvenční měnič před nebezpečným přepětím.

Napájení třífázového měniče z jednofázové sítě

Třífázové měniče kmitočtu lze napájet z jednofázové sítě, jejich výstupní proud by však neměl překročit 50 % jmenovitého proudu.

Úspora energie a peněz

K úsporám dochází z několika důvodů. Jednak díky růstu na hodnoty 0,98, tzn. maximální výkon je využit k provedení užitečné práce, minimální jde do ztrát. Za druhé, koeficient blízký tomuto je získán ve všech provozních režimech motoru.

Bez frekvenčního měniče mají asynchronní motory při nízkém zatížení kosinus phi 0,3-0,4. Do třetice není potřeba žádné dodatečné mechanické seřizování (klapky, plyn, ventily, brzdy atd.), vše probíhá elektronicky. S takovým ovládacím zařízením mohou úspory dosáhnout 50 %.

Synchronizujte více zařízení

Díky přídavným řídicím vstupům frekvenčního měniče je možné synchronizovat procesy na dopravníku nebo nastavit poměr změn některých veličin v závislosti na jiných. Například nastavte rychlost otáčení vřetena stroje v závislosti na rychlosti posuvu frézy. Proces bude optimalizován, protože při zvýšení zatížení frézy se posuv sníží a naopak.

Ochrana sítě před vyššími harmonickými

Pro dodatečnou ochranu se kromě krátkých stíněných kabelů používají síťové tlumivky a bočníkové kondenzátory. , navíc omezuje proudový ráz při zapnutí.

Výběr správné třídy ochrany

Pro bezproblémový provoz frekvenčního měniče je nutný spolehlivý chladič. Pokud používáte vysoké třídy ochrany, například IP 54 a vyšší, pak je obtížné nebo drahé dosáhnout takového odvodu tepla. Proto můžete použít samostatnou skříň s vysokou třídou ochrany, kam můžete nainstalovat moduly s nižší třídou a zajistit celkové větrání a chlazení.

Paralelní připojení elektromotorů k jednomu frekvenčnímu měniči

Za účelem snížení nákladů lze jeden frekvenční měnič použít k řízení několika elektromotorů. Jeho výkon musí být zvolen s rezervou 10-15% z celkového výkonu všech elektromotorů. V tomto případě je nutné minimalizovat délku motorových kabelů a je velmi vhodné instalovat motorovou škrticí klapku.

Většina frekvenčních měničů neumožňuje odpojení nebo připojení motorů pomocí stykačů, když je frekvenční měnič v chodu. To lze provést pouze pomocí příkazu zastavení pohonu.

Nastavení funkce ovládání

Pro získání maximálních výkonových ukazatelů elektrického pohonu, jako jsou: účiník, účinnost, přetížitelnost, plynulé ovládání, životnost, je potřeba správně zvolit vztah mezi změnou provozní frekvence a napětím na výstupu frekvenčního měniče.

Funkce změny napětí závisí na povaze zatěžovacího momentu. Při konstantním momentu musí být napětí na statoru elektromotoru regulováno úměrně frekvenci (skalární regulace U/F = konst). U ventilátoru je například jiný poměr U/F*F = konst. Zvýšíme-li frekvenci 2x, pak je třeba zvýšit napětí o 4 (vektorová regulace). Existují pohony se složitějšími řídicími funkcemi.

Výhody použití regulovatelného elektropohonu s frekvenčním měničem

Kromě zvýšení účinnosti a úspory energie vám takový elektrický pohon umožňuje získat nové kvality řízení. To se projevuje v odmítnutí dalších mechanických zařízení, která vytvářejí ztráty a snižují spolehlivost systémů: brzdy, tlumiče, škrticí klapky, ventily, regulační ventily atd. Brzdění lze například provádět obráceným otáčením elektromagnetického pole ve statoru elektromotoru. Změnou pouze funkčního vztahu mezi frekvencí a napětím získáme jiný pohon, aniž bychom cokoliv měnili v mechanice.

Čtení dokumentace

Je třeba poznamenat, že ačkoli jsou frekvenční měniče navzájem podobné a mají zvládnutý jeden, je snadné pochopit druhý, přesto je nutné pečlivě číst dokumentaci. Někteří výrobci ukládají omezení na používání svých výrobků, a pokud je poruší, vyjmou výrobek ze záruky.

Tento článek se bude zabývat frekvenčním měničem pro elektromotor, principem jeho činnosti a hlavními součástmi. Hlavní důraz bude kladen na teorii, abyste pochopili a mohli následně provádět návrh a výrobu vlastníma rukama. Nejprve ale budete potřebovat krátký úvodní kurz, který vám řekne, co je to frekvenční generátor a pro jaké účely je potřeba.

Funkce frekvenčního měniče

Asynchronní motory zaujímají lví podíl v průmyslu. A vždy bylo obtížné je ovládat, protože mají konstantní otáčky rotoru a změna vstupního napětí se ukazuje jako velmi obtížná a někdy dokonce nemožná. Ale frekvenční ovladač zcela změní obraz. A pokud se dříve pro změnu rychlosti dopravníku používaly například různé převodovky, dnes stačí použít jedno elektronické zařízení.

Kromě toho vám frekvenční měniče umožňují nejen měnit parametry měniče, ale také několik dalších stupňů ochrany. Pro zajištění běžného provozu asynchronního motoru není potřeba a někdy ani není potřeba mít třífázovou síť. Všechny tyto povinnosti spojené se spínáním a zapínáním elektropohonu se přenášejí na frekvenční měnič. Umožňuje měnit výstupní fáze, aktuální frekvenci (proto se mění otáčky rotoru), upravovat rozběh a brzdění a realizovat lze mnoho dalších funkcí. Vše závisí na použitém mikrokontroléru v řídicím obvodu.

Princip fungování

Vytvoření frekvenčního spínače pro elektromotor vlastníma rukama, jehož schéma je uvedeno v článku, je poměrně jednoduché. Umožňuje převést jednu fázi na tři. V důsledku toho je možné používat asynchronní elektromotor v každodenním životě. Zároveň se neztratí jeho účinnost a síla. Víte přece, že při připojení motoru k jednofázové síti se tyto parametry sníží téměř na polovinu. A je to všechno o několika transformacích napětí přicházejícího na vstup zařízení.

První ve schématu je blok usměrňovače. Podrobněji to bude probráno níže. Usměrněné napětí je pak filtrováno. A jde to čisté na vstup měniče. Převádí stejnosměrný proud na střídavý proud s požadovaným počtem fází. Tuto kaskádu lze upravit. Skládá se z polovodičů, ke kterým je připojen řídicí obvod na mikrokontroléru. Ale nyní o všech uzlech podrobněji.

Usměrňovací blok

Může být dvou typů - jedno- a třífázové. První typ usměrňovače lze použít v jakékoli síti. Pokud máte třífázový, tak stačí připojit k jednomu. Obvod frekvenčního měniče pro elektromotor se neobejde bez usměrňovací jednotky. Protože je rozdíl v počtu fází, znamená to, že je nutné použít určitý počet polovodičových diod. Pokud mluvíme o frekvenčních měničích, které jsou napájeny z jedné fáze, pak je nutný usměrňovač sestávající ze čtyř diod. Jsou propojeny můstkovým obvodem.

Umožňuje snížit rozdíl mezi hodnotou napětí na vstupu a výstupu. Samozřejmě můžete použít půlvlnný obvod, ale ten je neúčinný a dochází k velkému množství kmitů. Pokud se ale bavíme o třífázovém zapojení, pak je nutné v obvodu použít šest polovodičů. Přesně stejný obvod v usměrňovači generátoru automobilu, neexistují žádné rozdíly. Jediné, co zde lze přidat, jsou tři přídavné diody určené k ochraně proti zpětnému napětí.

Filtrační prvky

Za usměrňovačem je filtr. Jeho hlavním účelem je odříznout celou proměnnou složku Pro jasnější obrázek je třeba sestavit ekvivalentní obvod. Takže plus jde přes cívku. A pak se mezi plus a minus připojí elektrolytický kondenzátor. Právě to je na schématu náhrady zajímavé. Pokud je cívka vyměněna, pak může být kondenzátor v přítomnosti jiného proudu buď vodičem nebo přerušením.

Jak bylo řečeno, výstup usměrňovače je stejnosměrný. A když je aplikován na elektrolytický kondenzátor, nic se nestane, protože ten je otevřený obvod. V proudu je ale malá proměnná. A pokud teče střídavý proud, pak se v ekvivalentním obvodu z kondenzátoru stane vodič. V důsledku toho dochází ke zkratu mezi plus a mínus. Tyto závěry byly učiněny podle Kirchhoffových zákonů, které jsou základní v elektrotechnice.

Invertor na bázi výkonových tranzistorů

Nyní jsme se ale dostali k nejdůležitějšímu uzlu – kaskádě tranzistorů. Je na nich vyroben střídač - DC-AC měnič. Pokud vyrábíte frekvenční spínač pro elektromotor s vlastními rukama, pak se doporučuje použít tranzistorové sestavy IGBT, které najdete v každém obchodě s rádiovými díly. Navíc náklady na všechny komponenty pro výrobu frekvenčního generátoru budou desítkykrát nižší než cena hotového výrobku, dokonce i čínského.

Pro každou fázi jsou použity dva tranzistory. Jsou zahrnuty mezi plus a mínus, jak ukazuje schéma uvedené v článku. Ale každý tranzistor má vlastnost - řídicí výstup. V závislosti na tom, jaký signál je na něj aplikován, se mění vlastnosti polovodičového prvku. Navíc to lze provést buď ručně (např. pomocí několika mikrospínačů pro napájení potřebných ovládacích svorek) nebo automaticky. Právě o tom druhém se bude dále diskutovat.

Řídící obvod

A pokud je připojení frekvenčního měniče k elektromotoru jednoduché, stačí připojit odpovídající svorky, ale s řídicím obvodem je vše mnohem složitější. Celá podstata spočívá v tom, že je potřeba zařízení naprogramovat, aby se z něj dosáhlo maximálních možných úprav. Na základně je umístěn mikrokontrolér a jsou k němu připojeny akční členy. Je tedy nutné mít proudové transformátory, které budou neustále hlídat spotřebu elektrického pohonu. A pokud je překročena, měl by být frekvenční spínač vypnut.

Zapojení řídicího obvodu

Navíc je zajištěna ochrana proti přehřátí. Ovládací piny IGBT tranzistorů jsou připojeny k výstupu mikrokontroléru pomocí sestavy Darlington. Navíc je potřeba vizuálně kontrolovat parametry, takže je potřeba do obvodu zařadit LED displej. Ze čtecích zařízení je třeba přidat tlačítka, která umožní přepínat mezi režimy programování a také proměnný odpor, jeho otáčením se mění rychlost otáčení rotoru elektromotoru.

Závěr

Chtěl bych poznamenat, že si můžete vytvořit svůj vlastní frekvenční spínač pro elektromotor, ale cena hotového výrobku začíná od 5 000 rublů. A to pro elektromotory, jejichž výkon nepřesahuje 0,75 kW. Pokud potřebujete ovládat výkonnější měnič, budete potřebovat dražší frekvenční měnič. Pro každodenní použití postačí níže uvedené schéma. Důvodem je, že není potřeba velké množství funkcí a nastavení, nejdůležitější je možnost měnit otáčky rotoru.

Asynchronní motory jsou zařízení nejčastěji používaná v průmyslu.

(ArticleToC: enabled=yes)

Pro plynulý rozběh se používají frekvenční měniče, které dokážou řídit rozběhový proud a umožňují regulovat rychlost otáčení. Je však důležité pochopit, že frekvenční měnič pro jednofázový elektromotor se liší od měniče potřebného pro třífázový motor.

Asynchronní motory jsou ve srovnání s jinými elektrickými stroji výkonnější a účinnější, ale mají nevýhodu v tom, že je třeba je vybavit dalšími prvky zodpovědnými za rychlost otáčení rotoru.

Totéž platí pro rozběhový proud, který je 5-7krát vyšší než jmenovitý proud, díky čemuž rázové zatížení vede ke ztrátě energie a to vše dohromady snižuje jeho životnost.

Pro boj s těmito problémy existuje třída zařízení, která automaticky řídí zapínací proudy. Říká se jim frekvenční měniče.

S jejich pomocí je možné snížit rozběhové proudy 5krát, čímž se dosáhne plynulého rozběhu.

Kromě toho je rotor řízen nastavováním frekvencí pomocí napětí.

Kromě těchto výhod má použití takových zařízení následující:

v okamžiku spuštění se ušetří až 50 % energie;
s jejich pomocí se provádí zpětná vazba mezi sousedními vodiči. Jejich
lze nazvat generátory třífázového napětí požadované hodnoty a frekvence.

Jsou založeny na měniči s dvojitou konverzí.

Princip fungování je následující:

nejprve je usměrněn vstupní proud sinusový 220 nebo 380 V, procházející diodovým můstkem;
poté jde do skupiny kondenzátorů, kde se vyhlazuje; po průchodu kondenzátory je napájen pro řízení mikroobvodů a bipolárního BTI tranzistoru, nebo spíše můstkových spínačů, kde se z něj tvoří pulsně šířkový třífázový sled daných parametrů;
přijímané impulsy ve tvaru obdélníku se vlivem indukčnosti vinutí převádějí na výstupu na sinusové napětí.

Níže je schéma, které vám pomůže pochopit, jak měnič kmitočtu funguje:

Výběr frekvenčních měničů

Aby výrobci těchto zařízení získali trh, je důležitá cena, stejně jako u každého elektronického zařízení. Pro její snížení vytvářejí zařízení s minimální sadou funkcí, tzn. Čím dražší je frekvenční měnič, tím je zařízení univerzálnější, což je důležité pro spotřebitele, který chce prodloužit životnost motoru.

Hlavní kritéria výběru

Patří sem:

řízení. Podle tohoto ukazatele se frekvenční měniče dělí na skalární a vektorové, které jsou běžnější, ale dražší. To je vysvětleno skutečností, že jsou schopny poskytnout více vysoce přesné nastavení, které první nemohou poskytnout. Skalární mohou udržovat pouze daný poměr výstupního napětí a frekvence. Proto se umisťují do zařízení s malým zatížením motoru;
moc. Je jasné, že čím větší je tento parametr, tím lépe. Kromě čísel je ale důležitý výrobce: zařízení, které je „úzce příbuzné“, funguje mnohem efektivněji Kromě toho je použití měničů jedné značky důležité pro zaměnitelnost;
síťové napětí. Pro ochranu zařízení před přepětím, které se často vyskytují v domácích sítích, je žádoucí, aby napětí mělo velký provozní rozsah;
rozsah nastavení frekvence. To vychází z požadavků konkrétního zařízení. V praxi se používají měniče s frekvencí 10-100 Hertzů; diskrétní vstupy. Jsou určeny k přenosu příkazů. Zajišťují také startování a vypínání motoru, otáčení v opačném směru a brzdění;
analogové vstupy. Díky nim sledují, kdy motor běží, a upravují pohon;
digitální. Jejich účelem je přenášet vysokofrekvenční signály, které jsou generovány snímači úhlu natočení. Čím více vstupů, tím je to lepší, ale zařízení je dražší;
kromě vchodů, důležité jsou diskrétní výstupy, ze kterých signál hlásí případné vzniklé poruchy (přehřátí, havárie, odchylka vstupního napětí od normy atd.);
analogové výstupy jsou zodpovědní za přenos zpětné vazby. Vybírají se podle výše popsaného principu;
na řídící sběrnici počet vstupů a výstupů musí odpovídat obvodu převodníku. Ale je lepší, když má rezervu, která může být potřebná při vylepšení zařízení;
přetížitelnost. Za normální se považuje, když je výkon frekvenčního měniče o 10–15 % vyšší než výkon motoru. Jeho proud musí být vyšší než jmenovitý.

Vyrábějí se s výkonem 5-10W. To stačí k provozu odstředivek, domácích ledniček, praček, zpracovatelských strojů atd. Jejich technické vlastnosti jsou horší ve srovnání s třífázovými:

Výkon je pouze 70% třífázového a přetížitelnost je nižší.

Stator IM obsahuje vinutí - hlavní a spouštěcí. Ten se používá při spouštění rotoru s kotvou nakrátko.

Abychom pochopili, proč je potřeba startovací vinutí, podívejme se na příklad: motor je připojen pouze k pracovnímu vinutí (220V).

V něm I1 (jednofázový proud) vytváří pulzující magnetické pole. Lze jej rozložit na dva - se stejnou amplitudou a rychlostmi rotace, ale opačně - Fa a Fv. Když je rotor v klidu, tato pole vytvářejí momenty M1 a M2, které se liší znaménkem, ale mají stejnou velikost.

Výsledný rozběhový moment je nulový (Mn= M1 – M2), tzn. motor se nebude moci otáčet bez zatížení hřídele.

Proto je nutné startovací vinutí. Pole, které vytváří, způsobuje otáčení motoru. Směr otáčení určuje počáteční počáteční točivý moment.

Elektromotor je stroj, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou, díky čemuž se uvádějí do pohybu mechanismy. Při zpětné přeměně energie fungují tato zařízení jako generátor. Rotor (rotující) a stator (stacionární) jsou hlavní součásti elektromotorů.

Pro vytvoření točivého pole jsou zapotřebí dvě vinutí na statoru, posunutá v prostoru pod určitým úhlem. Spouštěcí jednotka je umístěna na statoru v souladu s tím s přesazením vzhledem k pracovní jednotce o 90 stupňů. Pro zajištění proudového posunu se při připojení k síti používá prvek fázového posunu - cívka, kondenzátor nebo aktivní rezistor.

Když vodičem protéká proud, vzniká magnetické pole, které na něj působí silou F. Pokud je vodič ohnut do rámu a umístěn do magnetického pole, dvě strany, které svírají s polem úhel 90 stupňů zažít stejnou sílu, ale v opačném směru, která vytváří točivý moment.

K řízení asynchronního motoru s rozběhem kondenzátoru (AIRE, ABE atd.) je nutný malý jednofázový frekvenční měnič.

Takové motory jsou instalovány v elektrických ventilátorech, pračkách, ledničkách atd.

Na webu h ttp://xn--80aqahnfuib9b.xn--p1ai/esq_A200.html Můžete zobrazit všechny vlastnosti zařízení. Zde si jej můžete koupit, když jste se rozhodli pro stůl s modelem.

Model	Aktuální, A	Výkon, kW	Rozměry (VxŠxH)	Hmotnost, kg	Cena, RUB včetně DPH
Řada ESQ-A200, jednofázová 1/1 fáze, 200-260 V (pro jednofázové elektromotory)
Frekvenční měnič ESQ-A200-2S0007 pro jednofázový motor 0,75 kW	4,7	0,75	141x85x113	1,1	14 338
Frekvenční měnič ESQ-A200-2S0015 pro jednofázový motor 1,5 kW	7,5	1,5	141x85x113	1,2	13 874
Frekvenční měnič ESQ-A200-2S0022 pro jednofázový motor 2,2 kW	10	2,2	170x125x113	2	19 007

V internetovém obchodě http://npf-oberon.com.ua/index.php?route=product/product&path=59_63_65&product_id=62/ jeho cena je 170 dolarů. Můžete tam vidět i charakteristiky.

Používá se k ovládání motorů instalovaných v zemědělských zařízeních, dopravnících, míchačkách a výkonných čerpadlech.

Obrovský výběr jedno- a třífázových měničů od různých výrobců na webu https://chastotnik.com.ua/preobrasovateli//p5 .

Chcete-li říci, zda je lepší jednofázový frekvenční měnič nebo třífázový, musíte jasně vědět, k čemu je potřeba. U jednofázových motorů jsou potřebné pro řízení a regulaci. Takové frekvenční měniče převádějí střídavé napětí na pulzní napětí, jehož frekvence je 0-1000 kmitů/s. Rychlost, kterou se rotor asynchronního motoru otáčí a přijímá sinusové napětí, se mění úměrně frekvenci takového napájení.

Frekvenční měnič pro elektromotor 380 se liší od motorů provozovaných z domácí sítě v napětí dodávaném do měniče. Frekvence třífázového napětí na výstupu je v rozsahu 0-1 kHz.

Z něj je následně napájen motor, tzn. Takový převodník umožňuje napájet pohon z domácí sítě a současně reguluje jeho charakteristiku.

Dnes se taková zařízení používají zřídka, protože byla nahrazena třífázovými frekvenčními měniči, které mají mnohem širší možnosti. Třífázový frekvenční měnič pro třífázový elektromotor je schopen převádět průmyslové síťové napětí (třífázové).

Jsou připojeny k asynchronnímu motoru s „hvězdou“ a jednofázové jsou spojeny „trojúhelníkem“, tedy regulují větší množství parametrů, což umožňuje zvolit optimální režim.