Инвертор для асинхронного двигателя: Частотные преобразователи Schneider Electric.

Содержание

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей

До появления частотных преобразователей на рынке современной энергетики, электромонтёрам приходилось применять для подключения асинхронного двигателя стартовый или фазосдвигающий конденсатор большой ёмкости.

Двигатель при этом работал, но существенно терял мощность. Также, применение конденсаторов сильно разогревало обмотки двигателя, что сильно снижало его ресурс работы, и двигатели часто приходилось «перематывать». Учитывая, что обмотки асинхронного двигателя делаются из медной проволоки, то такие ремонты приносили большой ущерб.

Так как асинхронный двигатель является составной частью почти каждого современного привода, то вопрос создания частотного регулирования вставал на особый уровень. И вот, частотники уже повсеместно применяются для подключения электрического двигателя к сети и его управление.

По сути, частотный инвертор, это прибор, изменяющий частоту поданного на обмотки напряжения с ШИМ-регулированием. Благодаря частотнику, получилось подключить асинхронный двигатель к сети без ущерба его ресурсу, без перегрева, и ещё дать массу возможностей по управлению скоростью вращения вала.

Также, применяя различные интерфейсы передачи данных и команд, применение частотников позволило объединить все приводы большого предприятия в одно диспетчерскую систему управления и контроля параметров.

В мир современной автоматизации технологических процессов, это весомый аргумент.

Устройство частотных преобразователей

Современный частотный инвертер состоит из двух принципиальных блоков. Первый блок полностью сглаживает напряжение и на выходе выдаёт постоянное. Постоянное напряжение подаётся на силовой блок генерации частоты. После преобразования, на выходе из второго блока частота напряжения уже будет такая, какая задана настройкой.

За возможность изменять частоту напряжения отвечает микропроцессор, который встроен в частотник. Используя заданную программу, процессор следит за выходной частотой напряжения, а также за параметрами работы электрического двигателя.

По сути, частотные преобразователи для асинхронных двигателей принцип работы которых заключён в простом вырабатывании нужной частоты переменного тока, это модуляторы нужной природы напряжения, которая необходима для того или иного оборудования. Именно это и снизило негативное влияние на работу электрического двигателя, которое имело место быть при использовании конденсатов.

Электрический двигатель получает именно такое напряжение, которое положено ему для нормальной и полноценной работы.

Считаем нужным отметить, что и при наличии линии трёхфазного напряжения, не всегда рационально подключать электрический двигатель к сети просто через выключатель. В таком случае, двигатель будет работать, но регулировать его работу не получится. Не получится и следить за состоянием обмоток.

В промышленном исполнении можно встретить два основных типа частотных преобразователей:

  • Специальные.
  • Универсальные.

Специальный частотный преобразователь для асинхронного двигателя, схема которого несколько отличается от универсального, изготавливается под конкретное оборудование по конкретным потребностям. Как правило, это очень урезанные версии, не способные на работу с любым оборудованием.

Универсальные частотные инвертера могут работать, как и в специальном оборудовании, так и во всех остальных вариантах применения. На то они и универсальные, что их можно настраивать и программировать под любые нужды.

Поэтому, выбор частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен быть не столько продиктован конкретными необходимостями производства, но и возможностью модернизации оборудования.

Практически во всех частотниках сегодня реализована возможность установки и контроля режима работы электрического двигателя с пульта управления. Первый интерфейс управления встроен в сам корпус частотника. Там же есть и ручка регулирования скорости вращения двигателя.

Но можно и применять выносные пульты управления. Которые можно располагать как в диспетчерской, так и непосредственно на станке, который приводится в движение электрическим двигателем.
Такое чаще встречается в ситуациях, когда станок с двигателем находится в помещении, где не рекомендуется установка частотного инвертора. И его устанавливают вдали от оборудования.

Большая часть инвертеров частоты позволяют программировать работу оборудования. Но, задать программу просто с пульта управления не получится. Для этого используется интерфейс передачи данных и настройки, который, при помощи компьютера позволяет задать нужную программу работы.

Разница типов сигналов управления

При проектировании цеха очень важно учитывать, что общение частотных преобразователей с диспетчерским пультом будет происходить при помощи электрических импульсов по проводам связи. Пи этом, не стоит забывать, что разные стандарты связи по-разному влияют друг на друга. Посему, переда данных одним способом, может существенно снижать качество передачи данных другим способом.

Поэтому, расчет частотного преобразователя для асинхронного двигателя должен производиться не только по его электротехническим показателям, но и по показателям совместимости с сетью.

Выбор мощности частотного преобразователя

Вопрос мощности частотника, скорее всего, стоит на первом плане, при расчете привода для любого станка или агрегата. Дело в том, что большинство частотных инвертеров способны выдерживать большие перегрузки до 200 – 300 %. Но, это совсем не означает, что для питания электрического двигателя можно смело покупать частотник сегментом ниже, чем требуется по планированию.

Выбор мощности частотного преобразователя осуществляется с обязательным запасом в 20 – 30%. Игнорирование этого правила может повлечь за собой выход из строя частотного преобразователя и простой оборудования.

Также важно учитывать пиковые нагрузки, которые может выдерживать частотник. Дело в том, что при старте электрического двигателя его пусковые токи могут сильно превышать номинальные. В некоторых случаях, пусковой ток превышает номинальный в шесть раз! Частотик должен быть рассчитан на такие изменения.

Каждый электрический двигатель оборудован вентилятором охлаждения. Это лопасти, которые установлены в задней части двигателя и по мере вращения вала прогоняют через корпус мотора воздух.

Если электрический двигатель работает на пониженных оборотах, то мощности потока воздуха может не хватить для охлаждения.

В этом случае, нужно выбирать частотник с датчиками температуры двигателя. Или организовать дополнительное охлаждение.

Электромагнитная совместимость преобразователей частоты

При расчёте и подключении частотника к сети и электрическому двигателю, следует помнить, что он очень подвержен помехам. Также, преобразователь частоты может и сам стать источником помех для другого оборудования. Именно поэтому, все подключения к частотнику и от него выполняются экранированными кабелями и выдерживанием дистанции в 10 см друг от друга.

По своей сути, применение частного преобразователя для питания асинхронного электрического двигателя позволило существенно продлить жизнь электрического двигателя, дало возможность регулировать работу двигателя и хорошо экономить на расходе электрической энергии.

Частотник, частотный преобразователь1ф 220 - 3ф220 для асинхронного электродвигателя


Watch this video on YouTube

Преобразователь частоты для асинхронного двигателя

a:2:{s:4:"TEXT";s:13510:"Назначение частотного преобразователя для асинхронных двигателей

Использование механических устройств для регулирования может привести к ударным пусковым нагрузкам, которые окажут отрицательное влияние на их эксплуатационный срок, а также приведут к существенным энергопотерям.


     Чтобы исключить перечисленные отрицательные влияния на промышленное оборудование, была создана возможность заменить механическое регулирование на электронное. Достичь этого удалось в результате серьезных исследовательских работ.


     Так, появился преобразователь частот нового класса, предназначенный специально для асинхронных двигателей.


     Это https://techtrends.ru/catalog/preobrazovateli-chastoty/" target="_blank">частотные преобразователи для асинхронных двигателей с широтно-импульсным управлением (ШИМ), которые снижают пусковой ток в 4-5 раз. А также позволяют осуществить плавный пуск асинхронного двигателя. При этом управление приводом осуществляется по формуле напряжение/частота.


     Преобразователь частоты для асинхронного двигателя позволяет экономить электроэнергию на 50%. Также благодаря использованию частотника становится возможной обратная связь между смежными приводами, следовательно, оборудование самонастраивается на выполнение поставленных задач и изменяются условия работы всей системы.

Принцип работы

     Преобразователь частоты для асинхронного двигателя с ШИМ, по сути, является инвентором с двойным преобразованием напряжения.


     Входной диодный мост выпрямляет сетевое напряжение 220 или 380В, а затем сглаживает и фильтрует его посредством конденсатора.


     Далее посредством входных мостовых ключей и микросхем из постоянного напряжения формируется последовательность электрических сигналов определенной частоты и скважности. Таким образом, на выходе из частотного преобразователя образуются пучки прямоугольных импульсов. Однако, благодаря индуктивности обмоток асинхронного двигателя, они превращаются в напряжение, схожее с синусоидным.


     В устройстве также имеется микропроцессор, который дает возможность выполнять такие задачи, как:


    контроль выходных параметров;
    защита системы;
    диагностика состояния подаваемого тока.




     Большинство преобразователей частоты для асинхронных двигателей построены на основе двойного преобразования. Среди них выделяют два основных класса:


    с созданием промежуточного звена;
    с непосредственной связью.


     Каждый из видов частотников предназначен для работы в определенных условиях, которые диктуют выбор и целесообразность использования в конкретной ситуации.


     Выпрямители управляемого типа обеспечивают непосредственную связь, отпирая группы тиристоров, и обеспечивают подвод напряжения к обмотке электродвигателя.


     Преобразование напряжения в данном случае осуществляется посредством вырезания синусоид из входного тока. При этом полученная частота находится в диапазоне от 0 до 30Гц. Для регулируемых приводов этот вариант использования не подходит.


     Для использования незапираемых тиристоров необходимо создание более сложной системы управления, которая повышает стоимость создаваемой цепи.


     В противном случае, синусоида при входе может привести:


    к появлению гармоник;
    к потерям в электродвигателе;
    к перегреву электродвигателя;
    к снижению показателя крутящего момента;
    к образованию сильных помех.


     Помимо этого, компенсаторы повышают стоимость цепи, габаритов и веса, а потери снижают КПД.


     К другому классу относятся цепи питания, где используются частотные преобразователи для асинхронных двигателей с промежуточным звеном. Они обеспечивают преобразование электрического тока в два этапа.


     На первом этапе синусоидное напряжение с постоянной частотой и амплитудой преобразуется посредством выпрямления. При этом применяются специальные фильтры, сглаживающие показатели.


     На втором этапе посредством инвертора на выходе происходит преобразование энергии с изменяемым показателем частоты и амплитуды.


     Это приводит:


    к снижению КПД;
    к ухудшению показателей соотношения массы и габаритов устройства.


     Частотные преобразователи для асинхронных двигателей, работающие как тиристор, имеют следующие преимущества:


    обеспечивают возможность работы в системах с большими показателями тока;
    такая система предназначена для использования там, где имеются большие показатели тока;
    они устойчивы к большим нагрузкам и импульсному воздействию;
    обеспечивают высокий КПД, достигающий 98 %.


     Мы перечислили все особенности каждого типа преобразователей частоты для асинхронных двигателей, теперь, попробуем выяснить, на чем следует основываться при выборе частотника.

Критерии выбора

     Преобразователи частоты для асинхронных двигателей следует использовать лишь с учетом их технических характеристик.


     Важными характеристиками, на которые необходимо обратить внимание, являются следующие:


    Диапазон напряжения подаваемого тока. Сегодня существуют модели частотников, работающие при различном напряжении. Диапазон напряжения может составлять 100-120В или 200-240В. Исходя из этого показателя, следует выбирать преобразователь.
    Номинальная мощность электродвигателя, которая измеряется в кВт.
    Полная мощность электродвигателя.
    Номинальный выходной ток.
    Выходное напряжение, которое часто не превышает показатель напряжения источника питания, а иногда бывает и меньше.
    Диапазон выходной частоты.
    Допустимая сила тока на выходе.
    Частота тока при входе.
    Максимальный показатель отклонений, который допускается при определенных условиях.


     Эти параметры указываются в документации к преобразователю, и их необходимо учитывать. В противном случае, например, если не учтен показатель напряжения подаваемого тока, то устройство выйдет из строя.



Способы подключения

     Выбор варианта подключения преобразователя частоты для асинхронных двигателей зависит от цели его применения, например, необходимости обеспечения более легкого пуска или необходимости регулировки частоты вращения двигателя.


     Наиболее простой схемой подключения является установка автомата отключения перед частотником. При этом автомат должен быть рассчитан на номинальную величину напряжения, потребляемого электродвигателем.


     Поскольку большинство двигателей питаются от трехфазной сети, то можно выбрать трехфазный автомат, который обеспечивает отключение двух фаз в случае, когда происходит короткое замыкание в одной из фаз.


     При использовании однофазного частотного преобразователя для асинхронных двигателей, следует установить автомат, рассчитанный на утроенный ток в одной фазе.


     После установки автомата, следует осуществить подключение фазных проводов к клеммам двигателя, а также подключить в цепь тормозной ресивер. После частотного преобразователя в цепь устанавливается вольтметр, который измеряет напряжение на выходе.


     Для того чтобы осуществить правильное подключение частотного преобразователя, следует изучить инструкцию, которая прилагается к моделям частотников. Точное соблюдение инструкции позволит легко осуществить подключение преобразователя частоты к электродвигателю.
";s:4:"TYPE";s:4:"HTML";}

Преобразователи частоты для ваших приводов

Являясь одним из ведущих изготовителей приводной техники, к нашим механическим компонентам мы, конечно же, предлагаем и подходящую преобразовательную технику. Мы разрабатываем и производим приводные преобразователи и преобразователи частоты для управления и регулирования приводов в машинах и установках. И это не только для централизованного монтажа в электрошкафу или для настенного монтажа, но и для децентрализованного монтажа.

Что такое преобразователь частоты?

Преобразователи частоты – это электронные устройства, которые позволяют регулировать частоту вращения асинхронного двигателя. Обоснование: Если электрические машины или асинхронные двигатели работают непосредственно от сети переменного напряжения, у них есть только одна фиксированная частота вращения – в зависимости от числа полюсов и частоты местной электросети. Однако если приводной системе или производственному процессу требуется изменяемое переменное напряжение, т. е. регулируемая скорость, то применяются преобразователи частоты. Из фиксированного переменного напряжения они могут вырабатывать переменное напряжение с изменяемой амплитудой (величиной выходного напряжения) и частотой.

Как работает преобразователь частоты?

>Преобразователь частоты подключается перед двигателем, чтобы создавать соответствующее потребностям, изменяемое переменное напряжение. Таким образом, уже не электросеть создает частоту и величину напряжения, с которыми работает двигатель, а преобразователь частоты берет на себя эту задачу и регулирует выходную частоту и выходное напряжение.

Большое преимущество преобразователя частоты? С его помощью вы плавно изменяете частоту вращения двигателя почти от нуля до нужного номинального уровня и заметно расширяете ее диапазон. При этом вращающий момент двигателя остается неизменным. Таким образом пользователи оборудования всегда могут адаптировать свою приводную технику к текущим условиям. Кроме того, преобразователь частоты позволяет быстро менять направление вращения. Чтобы изменить порядок следования фаз, достаточно простого управляющего сигнала. После этого подключенный асинхронный двигатель будет работать в противоположном направлении.

Какие типы преобразователей существуют?

Бывают преобразователи с управлением по току и с управлением по напряжению. В работе они различаются следующим образом:

  • Преобразователи частоты с управлением по току поддерживают отношение тока к частоте (I/f) всегда постоянным и применяются в верхнем мегаваттном диапазоне.
  • А в нижнем мегаваттном и в киловаттном диапазонах последним словом техники являются преобразователи частоты с управлением по напряжению. Они поддерживают на постоянном уровне отношение напряжения к частоте: То есть если двигатель, рассчитанный на напряжение 230 В и частоту 50 Гц, должен работать с частотой 25 Гц, то и напряжение уменьшается вдвое до 115 В.

Проще говоря, в преобразователе частоты с управлением по напряжению происходит следующее: На входе имеется выпрямитель, который преобразует переменное напряжение электросети в постоянное напряжение. Затем это постоянное напряжение сглаживается и стабилизируется звеном постоянного тока. Далее действующий со стороны двигателя инвертор генерирует переменное напряжение с выходной частотой, необходимой для приводной системы. Получаемое при этом отношение „напряжение/частота“ определяет необходимую частоту вращения двигателя. Задание или расчет необходимой частоты вращения выполняет встроенный блок управления, который соединяет друг с другом все компоненты.

Где применяются преобразователи?

Преобразователи частоты используются в самых разных отраслях и задачах промышленности. Будь то приводы насосов и вентиляторов, обрабатывающих станков, конвейеров и сборочных линий, кранов или роботизированных систем: представить себе промышленное производство без преобразователей частоты уже невозможно. Ведь там адаптированная или непрерывно регулируемая частота вращения обеспечивает оптимизированные технологические процессы – с тем дополнительным преимуществом, что приводы с регулированием частоты вращения способствуют экономии энергии при работе

Преобразователи для любых установок и машин

В зависимости от спроса и требований наши преобразователи частоты доступны в различных исполнениях и с множеством дополнительных функций. К тому же очень важно, где нужно разместить преобразователь частоты – на стене, в центральном и защищенном месте в электрошкафу или прямо в цеху, то есть децентрализованно. И в зависимости от того, насколько проста или сложна та или иная приводная система, применяются либо простые преобразователи частоты, либо так называемые специальные преобразователи с большим объемом функций или многоосевые сервоусилители

SEW-EURODRIVE был первой компанией, которая разработала децентрализованную технику и вывела на рынок соответствующие преобразователи частоты и мехатронные приводы. С их помощью пользователи оборудования значительно сокращают затраты на монтаж и создают себе много возможностей для модульного построения своих систем, независимых от электрошкафа. Кроме того, в нашем ассортименте в области преобразовательной техники есть устройства рекуперации энергии в сеть, которые комбинируются с одним или несколькими преобразователями частоты и приводными преобразователями. Также мы предлагаем простые пускатели двигателя для встраивания в

Преобразователи частоты для монтажа в электрошкафу

От простого преобразователя до стандартного или специального преобразователя и далее до модульного сервопреобразователя – мы предлагаем вам широкий ассортимент приводной электроники для централизованного размещения в электрошкафу или распределительном щите:

Преобразователи частоты для настенного монтажа

Еще одна и при этом менее затратная возможность централизованного размещения преобразователей частоты – это настенный монтаж. Он всегда используется в тех случаях, когда приобретать дорогой электрошкаф нерационально. Наши преобразователи частоты, которые подходят для такого способа монтажа, имеют соответствующую степень защиты от IP 54 до IP 66 (для пыльных и влажных условий окружающей среды).

Пускатели двигателя для децентрализованного монтажа

Достаточно ли для вашей приводной системы функции именно преобразователя? Или вам нужно простое включение/выключение двигателя или переключение направления вращения двигателя с левого на правое? Подходящие продукты в ассортименте SEW-EURODRIVE найдутся и для этого случая:

Преобразователи частоты для децентрализованного монтажа

Для размещения вашей приводной электроники рядом с двигателем или мотор-редуктором мы предлагаем широкий выбор преобразователей частоты: от простого преобразователя с настройкой темпа для надежного применения в простых системах до стандартного преобразователя с расширенными функциями регулирования и далее до свободно программируемого специального преобразователя для систем сложной архитектуры. А если вам нужно децентрализованным образом реализовать многоосевые перемещения, а также системы с цепочкой рабочих модулей, то лучшим выбором будут многоосевые сервоусилители. Децентрализованные преобразователи в нашем ассортименте:

Частотный преобразователь, инвертор для асинхронного двигателя

!!!Частотники всегда в наличии на складе в Ставрополе. Звоните, уточняйте цены!!!

Многие технологические процессы, протекающие при непосредственном участии электродвигателей, требуют регулировки каких-либо параметров. Это может быть скорость подачи бревна на пилораме, давление или скорость потока в трубопроводе, скорость движения подъемника или транспортера и многое другое.

Наиболее эффективный способ управления скоростью привода – изменение скорости вращения двигателя. В случае асинхронного двигателя это можно сделать при помощи изменения частоты напряжения питания. Для этого и нужен преобразователь частоты (инвертор). Частотное регулирование скорости вращения тем более актуально, что асинхронные электродвигатели сегодня составляют основную массу промышленных электроприводов благодаря своей надежности, компактности и дешевизне. Наша компания может предложить частотный преобразователь разных производителей (Lenze, Omron, Innovert), которые представлены ниже:

Простейший и, пожалуй, самый яркий пример эффективности частотного преобразователя – это управление подачей воды в водопроводной сети. Чаще всего подача воды регулируется с помощью задвижек, которые просто ограничивают пропускную способность трубопровода в определенной точке. При этом насос, подающий воду, продолжает работать с обычной скоростью, потребляя количество энергии, не соответствующее полезной работе.

Включив электродвигатель насоса через частотный преобразователь, например Innovert ISD222M43B, можно получить существенную экономию электроэнергии (до 50%). В этом случае для уменьшения скорости потока нужно уменьшить частоту вращения насоса. При этом соответственно уменьшается и энергопотребление. Современный частотник способен автоматически регулировать частоту вращения двигателя при помощи встроенного PID-регулятора. Для этого в нем предусматривается возможность управления от внешнего датчика по аналоговому сигналу (4-20 мА или 0-10 В). В нашем случае это датчик давления в напорном трубопроводе.

Используя частотный преобразователь для насоса, можно не только экономить электроэнергию. Плавная регулировка частоты вращения позволяет существенно снизить пусковые токи, уменьшить или вовсе исключить гидроудары, чреватые авариями, обеспечить более стабильное и оптимальное водоснабжение. В результате получается дополнительная экономия ресурсов, не связанных напрямую с расходом энергии.

Все сказанное для водопровода справедливо и для систем вентиляции. Частотный преобразователь для вентилятора позволит обеспечить постоянную подачу воздуха с учетом текущих потребностей.

Невзирая на довольно высокую стоимость систем частотного управления электроприводами, их применение дает хороший экономический эффект. Установка частотных регуляторов на электроприводы окупается от нескольких месяцев до двух лет, в зависимости от условий эксплуатации и загруженности электродвигателя. После этого они приносят чистую прибыль в виде экономии.

Благодаря развитию элементной базы и применению микропроцессоров частотный преобразователь для асинхронного двигателя может выполнять множество функций, связанных с регулированием скорости и крутящего момента на валу.

  • собственно регулирование скорости или параметра, от нее зависящего;
  • экономия электроэнергии по сравнению с другими способами регулирования;
  • уменьшение величины пусковых токов до минимально необходимых;
  • снижение пиковых нагрузок на механизмы при пуске;
  • защита двигателя от перегрузки и перегрева.

Обслуживая двигатель и защищая электропривод от перегрузок, частотный преобразователь и сам нуждается в защите от импульсных скачков напряжения. Для защиты частотника применяется входной дроссель, сглаживающий импульсы, которые может генерировать работающее вблизи мощное оборудование: сварочный трансформатор, электродвигатель, промышленный выпрямитель и пр.

С другой стороны, в силу своего устройства инвертор сам является источником импульсного напряжения. Неидеальная «зазубренная» синусоида его выходного напряжения сглаживается индуктивностью обмоток самого двигателя. Однако при установке мотора на большом расстоянии от преобразователя необходимо использовать выходной дроссель в качестве фильтра между инвертором и двигателем. Обязательна установка дросселя и при «веерном» подключении нескольких электромоторов к преобразователю.

В идеале преобразователь должен располагаться непосредственно возле двигателя. Так как большинство частотных преобразователей имеют степень защиты IP20, то он должен устанавливаться в шкаф. Но некоторые модели частотников имеют корпус с высокой пылевлагозащитой.  Например, преобразователь частоты Lenze-ACTech, серии SMV, имеют вариант корпуса с IP65, обеспечивая полную пылевлагозащиту.

Обратившись в нашу компанию, Вы получите ответы на все интересующие Вас вопросы касательно применения частотных регуляторов. Также, на нашем складе в г. Ставрополь постоянно поддерживаются все основные мощности инверторов.

Также на нашем сайте вы найдете мотор-редуктор, регулятор температуры, пневмоцилиндр и другое оборудование.

Выбираем частотный преобразователь, простыми словами о сложном.

Среди множества электроприводов особо выделяются нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Такие электродвигатели устанавливаются в системах кондиционирования, тепло-, водоснабжении, компрессорных установках и других отраслях. Большинство времени они работают на пониженных частотах вращения, тем самым давая слабую нагрузку на подшипники, фундаменты механизмов электродвигателей как следствие увеличивая межремонтый период.

Когда в такой цепи устанавливается частотный преобразователь, запуск двигателя производится уже через него. Частотный преобразователь позволяет плавно запустить двигатель, без пусковых ударов, это снижает нагрузку на механизмы, тем самым увеличивая срок эксплуатации.

Какие же основные параметры подбора

преобразователей частоты для асинхронного двигателя:

1.Номинальная мощность двигателя.

Рабочий ток электродвигателя не должен превышать номинальный ток преобразователя частоты, поэтому выбирая частотник нужно разобраться с тем, какую нагрузку он будет получать. Нужно понимать, что для электродвигателя под мощностью понимается мощность на валу двигателя, а не как у большинства других потребителей энергии по активной потребленной энергии.

Для многих механизмов можно выбирать привод с перегрузочной способностью 150% на порядок ниже мощностью, чем двигатель, это часто применимо для вентиляторов и насосов.

Номинальный ток преобразователя берется больше номинального тока, который потребляет электродвигатель, иначе электропривод будет блокироваться по ошибке «превышение тока».

2.Частотный преобразователь для двигателя: входное напряжение

Вы можете выбрать частотный преобразователь 1 фазный или 3 фазный. 1 фазное питание обычно осуществляется от сети 220 В, а 3 фазное — от сети 380 В Частотный преобразователь 3 фазный может работать и от сети 220 В, но это достаточно редкий случай.

Частотный преобразователь 1 фазный чаще используется в непромышленных условиях. А вот частотный преобразователь 3 фазный имеет больше возможностей. Он позволяет выбрать оптимальный режим работы устройства, работает при маленькой амплитуде пульсаций, надежен, долговечен и при этом компактен.

3.Частотный преобразователь для асинхронного двигателя: условия работы.​

В зависимости от задачи, которую будет решать наш частотный регулятор для асинхронного двигателя, нужно выбрать закон, по которому он будет работать. Законов же всего 2 – скалярный и векторный закон управления.

- Скалярный метод управления частотным преобразователем желательно применять, когда известны значения частоты вращения на валу при неизменяющейся нагрузке.

- Векторный закон управления частотником применяют при резком изменении нагрузки с динамической реакцией скорости на это изменение. Проще говоря, скорость вращения должна оставаться той же при возрастающей нагрузке и наоборот. Частотный регулятор для асинхронного двигателя с векторным управлением помогает достичь высокой точности скорости вращения двигателя без использования датчика скорости.

4.Частотный преобразователь для асинхронного двигателя: особенности.​
  • Возможность беспроводного управления (Bluetooth)

  • Вынос потенциометра.

  • Возможность сохранения в промышленную сеть (протокол MODMUS , CANIPEN ,PROFIBUS)

  • Возможность сохранения резервной копии настроек частотного преобразователя в панель управления.

5 .Частотные преобразователи для асинхронных двигателей: способ управления (Оперативное управление приводом в процессе работы)​

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей могут управляться как через выходы управления по шине последовательной связи (контроллер, или компьютер), так и с выносного встроенного пульта. Преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя допускает также переключаемое или комбинируемое управление. Так что у потребителя есть выбор, чем пользоваться.

Выбирая преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя, следует учитывать, что важную составляющую играет использование дросселей

Для ПЧ применяются 2 вида дросселей:

– сетевой

– моторный

Сетевой дроссель, подключается в сеть питания преобразователя, и выполняет функцию своеобразного буфера между частотником и нестабильной сетью.

Между приводом и двигателем ставиться моторный дроссель, он используется для ограничения токов КЗ а также ограничить скорость, с которой нарастает напряжение.

При использовании одного преобразователя, к которому подключается 2 и больше двигателей нужно выбрать привод на 1,25 больше номинального тока двигателей или же суммы номинальных токов двигателей.

–  Характеристики пуска и разгона (торможения) двигателя выбираются по номинальному току, а также перегрузочной способностью привода..

Задача каждого производителя - это реализация производимой им продукции. Исходя из этого, большинство производителей включают в свое оборудование только минимальный функционал, который удовлетворит бОльшее количество потребителей. Дополнительные функции устанавливаются за отдельную плату. Получается, что чем большим функционалом обладает преобразователь, тем дешевле в дальнейшем будут стоять доп. опции, но сам частотник при этом подорожает. Точно так же, но с обратным эффектом будет с примитивными преобразователями частот, стоить они будут меньше но в каждую доп. опцию производитель заложит свои доп. расходы, что приведет к удорожанию модернизации привода. Плюс такие ПЧ будут менее надежными, но весь вопрос нужны ли Вам эти опции. Надежность будет меньшей из-за усложнения системы охлаждения, наличия большего количества разъемов и т.д. У большинства производителей, число опций применяемых к одному ПЧ часто ограничены.

Выбор преобразователя частоты, не прост, он сводится к экономической целесообразности покупки и необходимости использования такого оборудования. Следует не завышать требования, тем самым переплачивая за ненужный функционал, но в тоже время не стоит отказываться от необходимых функций, в надежде сделать механизм, привод и систему работоспособными.​

Преобразователь частоты для асинхронного и синхронного двигателя

Данная политика конфиденциальности относится к сайту под доменным именем instart-info.ru. Эта страница содержит сведения о том, какую информацию мы (администрация сайта) или третьи лица могут получать, когда вы пользуетесь нашим сайтом.

Данные, собираемые при посещении сайта

Персональные данные

Персональные данные при посещении сайта передаются пользователем добровольно, к ним могут относиться: имя, фамилия, отчество, номера телефонов, адреса электронной почты, адреса для доставки товаров или оказания услуг, реквизиты компании, которую представляет пользователь, должность в компании, которую представляет пользователь, аккаунты в социальных сетях; поля форм могут запрашивать и иные данные.

Эти данные собираются в целях оказания услуг или продажи товаров, связи с пользователем или иной активности пользователя на сайте, а также, чтобы отправлять пользователям информацию, которую они согласились получать.

Мы не проверяем достоверность оставляемых данных, однако не гарантируем качественного исполнения заказов или обратной связи с нами при некорректных данных.

Данные собираются имеющимися на сайте формами для заполнения (например, регистрации, оформления заказа, подписки, оставления отзыва, обратной связи и иными).

Формы, установленные на сайте, могут передавать данные как напрямую на сайт, так и на сайты сторонних организаций (скрипты сервисов сторонних организаций).

Также данные могут собираться через технологию cookies (куки) как непосредственно сайтом, так и скриптами сервисов сторонних организаций. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных можно запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.

Не персональные данные

Кроме персональных данных при посещении сайта собираются не персональные данные, их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого вы к нам пришли, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую ваш браузер предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте.

Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания клиентов, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости.

Предоставление данных третьим лицам

Мы не раскрываем личную информацию пользователей компаниям, организациям и частным лицам, не связанным с нами. Исключение составляют случаи, перечисленные ниже.

Данные пользователей в общем доступе

Персональные данные пользователя могут публиковаться в общем доступе в соответствии с функционалом сайта, например, при оставлении отзывов, может публиковаться указанное пользователем имя, такая активность на сайте является добровольной, и пользователь своими действиями дает согласие на такую публикацию.

По требованию закона

Информация может быть раскрыта в целях воспрепятствования мошенничеству или иным противоправным действиям; по требованию законодательства и в иных случаях, предусмотренных законом.

Для оказания услуг, выполнения обязательств

Пользователь соглашается с тем, что персональная информация может быть передана третьим лицам в целях оказания заказанных на сайте услуг, выполнении иных обязательств перед пользователем. К таким лицам, например, относятся курьерская служба, почтовые службы, службы грузоперевозок и иные.

Сервисам сторонних организаций, установленным на сайте

На сайте могут быть установлены формы, собирающие персональную информацию других организаций, в этом случае сбор, хранение и защита персональной информации пользователя осуществляется сторонними организациями в соответствии с их политикой конфиденциальности.

Сбор, хранение и защита полученной от сторонней организации информации осуществляется в соответствии с настоящей политикой конфиденциальности.

Как мы защищаем вашу информацию

Мы принимаем соответствующие меры безопасности по сбору, хранению и обработке собранных данных для защиты их от несанкционированного доступа, изменения, раскрытия или уничтожения, ограничиваем нашим сотрудникам, подрядчикам и агентам доступ к персональным данным, постоянно совершенствуем способы сбора, хранения и обработки данных, включая физические меры безопасности, для противодействия несанкционированному доступу к нашим системам.

Ваше согласие с этими условиями

Используя этот сайт, вы выражаете свое согласие с этой политикой конфиденциальности. Если вы не согласны с этой политикой, пожалуйста, не используйте наш сайт. Ваше дальнейшее использование сайта после внесения изменений в настоящую политику будет рассматриваться как ваше согласие с этими изменениями.

Отказ от ответственности

Политика конфиденциальности не распространяется ни на какие другие сайты и не применима к веб-сайтам третьих лиц, которые могут содержать упоминание о нашем сайте и с которых могут делаться ссылки на сайт, а также ссылки с этого сайта на другие сайты сети Интернет. Мы не несем ответственности за действия других веб-сайтов.

Изменения в политике конфиденциальности

Мы имеем право по своему усмотрению обновлять данную политику конфиденциальности в любое время. В этом случае мы опубликуем уведомление на главной странице нашего сайта. Мы рекомендуем пользователям регулярно проверять эту страницу для того, чтобы быть в курсе любых изменений о том, как мы защищаем информацию пользователях, которую мы собираем. Используя сайт, вы соглашаетесь с принятием на себя ответственности за периодическое ознакомление с политикой конфиденциальности и изменениями в ней.

Как с нами связаться

Если у вас есть какие-либо вопросы о политике конфиденциальности, использованию сайта или иным вопросам, связанным с сайтом, свяжитесь с нами:

8 800 222 00 21

[email protected]

Что такое преобразователь частоты и для чего он нужен?

Для регулирования работы асинхронного двигателя с целью не допустить снижения его КПД применяют специальные устройства – частотные преобразователи. Их работа заключается в том, что они плавно изменяют скорость вращения двигателя, с помощью смены частоты питающего напряжения.

В данной статье мы постараемся рассмотреть ряд незаметных, на первый взгляд, особенностей в работе асинхронного электродвигателя и проанализируем, насколько важно в ходе его эксплуатации использовать частотный преобразователь.

Что может привести к неисправности?

В асинхронном двигателе напряжение для работы чаще всего поступает через последовательно включенный автоматический выключатель. То сесть данный способ запуска двигателя по другому называется - плавный пуск. Таким образом это провоцирует высокий рост тока пусковой обмотки, что для оборудования закончится весьма плачевно.

Частотный преобразователь имеет к этому важное отношение – он контролирует ток электродвигателя. Формируя необходимое напряжение нужной амплитуды и частоты, частотник подает их на двигатель. Поясним – в процессе его запуска преобразователь отдает не полную частоту, скажем, в 50 Герц, а где-то 0,1Гц (или чуть больше). То же самое и с напряжением – не все 220 В или 380 В, а около 20-30 (смотря, какие выставлены настройки).

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

Все это позволяет пропускать через обмотку статора ток оптимального значения, не выше номинального показателя, чтобы создать магнитное поле, которое, в свою очередь, вместе с созданным в обмотке током создаст крутящий момент. Что касается принципов изменения характеристик напряжения, то подробно об этом, а также о критериях выбора частотника, вы можете прочесть здесь, в одной из других наших статей. Кстати, если говорить о критериях выбора, то отметим также, что выходные токи преобразователя частоты должны быть ниже тока полного режима нагрузки.

Выше мы описывали старт двигателя. Что касается разгона, то в ходе этого процесса преобразователь плавно повышает частоту и величину поступаемого напряжения, тем самым разгоняя двигатель. Главное – настроить частотник таким образом, чтобы времени на разгон уходило как можно меньше, а ток обмотки статора не был выше её номинального значения. Кроме того, важно поддерживать достаточный крутящий момент на валу.

Почему без преобразователя не обойтись? Главные преимущества его использования

Итак, преобразователь частоты дает следующие преимущества при управлении асинхронным двигателем:

  1. Плавный пуск и остановка электропривода
  2. Управление производительностью оборудования
  3. Установка оптимальных режимов работы
  4. Взаимное согласование электроприводов в сложных системах

Самые важные – это 1 и 2 пункты. Почему именно они?

Плавный пуск позволяет наращивать скорость постепенно, что позволяет не допустить скачков тока. Неконтролируемые скачки опасны, так как при прямом пуске они превышают номинальные показатели в 5-7 раз, что может спровоцировать высокую нагрузку на электросеть, защитит оборудование от перегрузок и сэкономит деньги на затратах электроэнергии.

Что касается управления производительностью, то в этом случае преобразователь частоты контролирует скорость работы электродвигателя с учетом «реальных нужд» в системе в целом. Это также помогает напрасно не тратить энергию и гарантирует её экономию в 30-60%.

Помимо 4-х основных преимуществ описанных выше, использование преобразователя обеспечивает следующие преимущества:

  • Понижение величины пусковых токов в 4-6 раз
  • Регулировка частоты и напряжения с экономией до 50% электроэнергии
  • Самостоятельное выключение контактора, снятие напряжения и с его плавной подачей в звено постоянного тока
  • Устранение ударных нагрузок, защита двигателя от механической перегрузки, либо недогрузки
  • Понижение общего числа ненужных отключений при ударных нагрузках
  • Обеспечение нужной величины и частоты при запуске оборудования, поддержание обратной связи смежных приводов
  • Контроль скорости вращения ротора и анализ работы двигателя

Классификация частотных преобразователей

В первую очередь, данные устройства различаются по режимам работы:

  • Амплитудно-частотное регулирование (скалярное) – применяются в обычных установках с вентиляторами, насосами, тележками, транспортерами и т.д. где не требуется стабилизация оборотов двигателя
  • Векторное регулирование – используются на любом оборудовании, где возможны резкие изменения крутящего момента на валу, причем в большом диапазоне и где нужна высокая стабильность оборотов на валу электродвигателя.

По типу питания:

  • Низковольтный 0,4 кВ
  • Среднее напряжение 0,69 кВ
  • Высоковольтный 6 и 10 кВ

Также данные устройства бывают с промежуточным звеном (связью) и без него. О характере работы таких устройств читайте тут, в ещё одной нашей статье.

Настройка

Настройка преобразователей выполняется строго по инструкции производителя и с учетом особенностей задачи, которая решается посредством оборудования, в котором установлен двигатель.

Например, если применяется асинхронный двигатель скалярного типа, то амплитуду сигнала и выходную частоту устанавливают по определенной формуле. Для других видов двигателя обычно используют датчики скорости вращения вала двигателя. Последовательность этапов алгоритма настройки мы перечислили здесь, в другом нашем материале.

Можно ли отказаться от частотных преобразователей?

Можно. Но лучше этого не делать. Безусловно, скорость вращения можно также регулировать и при помощи гидравлической муфты или механического вариатора и других. Но данные приспособления неэкономичны (а в промышленности это крайне важно!), у них узкий диапазон регулирования, что доставляет серьезные неудобства в ходе эксплуатации, а также они гораздо быстрее выйдут из строя. 

Итоги: почему нужно использовать преобразователи частоты?

Вот основной перечень преимуществ для работы оборудования, которые вы получаете, используя преобразователи:

  • Плавный пуск и плавную остановку оборудования
  • Эффективную защиту от перегрузок и бросков напряжения
  • Возможность эксплуатации оборудования с большими номинальными сетевыми напряжениями и токами
  • Понижение энергопотребления
  • Стабильность технологического процесса и улучшение КПД

Итак, это наиболее важная информация о частотных преобразователях, которую мы хотели до вас донести. В завершение скажем о том, от чего зависит стоимость и на что стоит обращать внимание при выборе. Это такие факторы, как марка производителя, модель и тип управления преобразователем. Также стоит обращать внимание при выборе на тип и уровень мощности двигателя, его диапазон и точность, а также степень точности поддержки крутящего момента.


Как работает инверторный привод и регулирует скорость асинхронного двигателя переменного тока

Инверторный привод (VFD) работает, принимая сеть переменного тока (одно- или трехфазную) и сначала выпрямляя ее в постоянный ток, постоянный ток обычно сглаживается конденсаторами и часто дросселем постоянного тока, прежде чем он будет подключен к сети силовых транзисторов, чтобы превратить его в три фазы для мотора.

Сеть силовых транзисторов небольшого инверторного привода на самом деле представляет собой один «интеллектуальный силовой модуль» (известный как IPM) и включает в себя собственную защиту и основные схемы управления.IPM преобразует постоянный ток в переменный - отсюда и термин «инвертор».

Метод управления известен как «ШИМ» для «широтно-импульсной модуляции». Это означает, что постоянный ток включается и выключается очень быстро (прерывается) транзисторными переключателями. Синусоидальная волна тока двигателя создается серией импульсов постоянного тока, в которых первый имеет очень короткий период включения, за ним следует более длительный период включения, затем более длинный, пока самый широкий импульс не появится в центре положительной синусоидальной волны, затем меньше до тех пор, пока постоянный ток не будет инвертирован и такая же последовательность импульсов не сгенерирует отрицательную часть синусоидальной волны.

Поскольку транзисторами можно управлять с любой временной разверткой, другие фазы управляются большим количеством транзисторов, смещенных на время, необходимое для равномерного распределения фаз под углом 120 градусов. Частота включаемых импульсов известна как «частота переключения».

Частота переключения обычно составляет от 3 кГц до 4 кГц, поэтому импульсы, которые он производит для 50 Гц, будут составлять 3000/50 или 60 импульсов на полную синусоидальную волну или каждую фазу. Когда фиксированные импульсы напряжения подаются на индуктивность двигателя, результатом является управление как напряжением (по ширине фиксированных импульсов напряжения), так и частотой (путем распределения прогрессии и регрессии длительностей импульсов по большей части базовой частоты переключения). импульсы).

Из приведенного выше вы можете видеть, что IPM в инверторном приводе будет управлять напряжением и частотой практически в любом диапазоне, о котором ему говорят настройки параметров в VFD. Это означает, что при настройке инверторного привода мы можем выбрать запуск небольшого двигателя 230 В, подключенного по схеме треугольника, от однофазного источника питания 230 В с базовой частотой, установленной на 50 Гц, небольшого двигателя с подключением звездой на 400 В от трехфазного источника питания 400 В или любого другого. Расположение напряжения и частоты, которые мы выбираем, будет правильно направлять двигатель.

Двигатель будет правильно наведен, когда его кривая напряжения возрастет от примерно нуля x 0 Гц до его базовой частоты x нормального напряжения. Базовая частота и напряжение соответствуют значениям, указанным на паспортной табличке двигателя.

Это также означает, что мы можем правильно направить поток других двигателей, таких как двигатель 400 В x 50 Гц, от источника питания 230 В при трехфазном напряжении 230 В, установив базовую частоту на 29 Гц (при пониженной скорости), или запустить двигатель, подключенный к 230 В, от 400 В, установив базовую частоту на 87 Гц (на повышенной скорости и мощности).

Электрическое торможение применяется к валу двигателя через привод инвертора, если установленный продукт имеет это положение и присутствует тормозной резистор (DBR). Входной каскад инверторного привода является односторонним силовым устройством, а выходной каскад позволяет энергии течь в обоих направлениях. Отсюда следует, что инерция нагрузки вернет накопленную энергию в привод инвертора, когда будет предпринята попытка замедлить его скорость с большей скоростью, чем это было бы при естественном замедлении или выбеге.

В этом случае напряжение на шине будет расти, если его не удерживать. Сглаживающие конденсаторы будут заряжаться при увеличении напряжения на шине, и это приведет к небольшому торможению вала двигателя. Обычно это около 10%, но зависит от размера сглаживающего конденсатора.

Тормозной выключатель или «прерыватель» должен присутствовать, чтобы направить энергию торможения в тормозной резистор. Резистор обычно внешний и рассчитан на пропускание тока, достаточного для соответствия номинальному току тормозного выключателя, не настолько высок, чтобы быть неэффективным, и имеет физический размер (Вт), чтобы он не перегревался.
Кнопка «Какой резистор» в правом нижнем углу экрана содержит инструкции по подбору резисторов в самом низу таблицы рассчитанных комбинаций резисторов.

Примечание. Обычно двигатели допускают частоту коммутации до 5 кГц, прежде чем потребуется специальная изоляция или снижение номинальных характеристик для использования с инверторами.

ИНВЕРТОРНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПРИВОДЫ (двигатели и приводы)

ВВЕДЕНИЕ

В теме 6 мы видели, что асинхронный двигатель может эффективно работать только при проскальзывании потока, т.е.е. близка к синхронной скорости вращающегося поля. Поэтому лучший метод управления скоростью должен обеспечивать непрерывное плавное изменение синхронной скорости, что, в свою очередь, требует изменения частоты питающей сети. Это достигается с помощью инвертора (как обсуждалось в разделе 2) для питания двигателя. Полная схема управления скоростью, которая включает обратную связь от тахометра (скорости), показана в виде блок-схемы на Рисунке 8.1.
Следует напомнить, что функция преобразователя (то есть выпрямителя и инвертора переменной частоты) состоит в том, чтобы получать энергию из сети постоянного напряжения фиксированной частоты и преобразовывать ее в переменное напряжение переменной частоты для приведения в действие асинхронного двигателя.И выпрямитель, и инвертор используют стратегии переключения (см. Раздел 2), поэтому преобразование мощности выполняется эффективно, а преобразователь может быть компактным.
Асинхронные двигатели с питанием от преобразователя частоты используются при мощности до сотен киловатт. Часто используются стандартные двигатели с частотой 50 или 60 Гц (хотя, как мы увидим позже, это ограничивает производительность), а выходная частота инвертора обычно находится в диапазоне от 5-10 Гц до, возможно, 120 Гц. Этого достаточно для обеспечения диапазона скоростей не менее 10: 1 с максимальной скоростью, вдвое превышающей нормальную (частота сети) рабочая скорость.Большинство инверторов имеют трехфазный вход и трехфазный выход, но доступны версии с однофазным входом мощностью до 5 кВт, а некоторые очень маленькие инверторы (обычно менее 1 кВт) специально предназначены для использования с однофазными. моторы.

Рис. 8.1 Общая схема привода с регулируемой частотой вращения асинхронного двигателя с питанием от инвертора
Фундаментальным аспектом любого преобразователя, который часто упускается из виду, является мгновенный баланс энергии. В принципе, для любой сбалансированной трехфазной нагрузки общая мощность нагрузки остается постоянной от момента к моменту, поэтому, если бы можно было построить идеальный преобразователь с трехфазным входом и трехфазным выходом, в преобразователе не было бы необходимости. включать любые элементы аккумулирования энергии.На практике все преобразователи требуют некоторого накопления энергии (в конденсаторах или катушках индуктивности), но они относительно малы, когда вход трехфазный, потому что баланс энергии хороший. Однако, как было сказано выше, многие преобразователи малой и средней мощности питаются от однофазной сети. В этом случае мгновенная входная мощность равна нулю, по крайней мере, дважды за цикл сети (поскольку напряжение и ток проходят через ноль каждые полупериод). Если двигатель трехфазный (и, следовательно, потребляет мощность с постоянной скоростью), очевидно, что в преобразователе необходимо накапливать достаточно энергии для питания двигателя в течение коротких интервалов, когда мощность нагрузки превышает входную мощность.Это объясняет, почему наиболее громоздкими компонентами многих инверторов малой и средней мощности являются электролитические конденсаторы.
Большинство инверторов, используемых в моторных приводах, представляют собой инверторы источника напряжения (VSI), в которых выходное напряжение на двигателе регулируется в соответствии с условиями эксплуатации двигателя. Инверторы источника тока (CSI) все еще используются, особенно для больших приложений, но не будут здесь обсуждаться.


Сравнение с постоянным током привод

Первоначальный успех привода асинхронного двигателя с инверторным питанием был связан с тем, что стандартный асинхронный двигатель был намного дешевле, чем

, пластина 8.1 Асинхронный двигатель с питанием от инвертора с инвертором, установленным непосредственно на двигателе. (В качестве альтернативы инвертор можно установить на стене, как на верхнем рисунке, где также показан модуль пользовательского интерфейса.) (Фото любезно предоставлено ABB)
сопоставимый постоянный ток. двигателя, и эта экономия компенсировала относительно высокую стоимость инвертора по сравнению с тиристором постоянного тока. конвертер. Но в то время как постоянный ток Привод неизменно поставлялся с двигателем, снабженным ламинированными полюсами возбуждения и сквозной вентиляцией, что позволяло ему работать непрерывно на низких скоростях без перегрева; стандартный асинхронный двигатель не имеет такого положения, поскольку он был разработан в основном для работы на полной скорости с фиксированной частотой.Таким образом, хотя инвертор способен приводить в действие асинхронный двигатель с полным крутящим моментом на низких скоростях, непрерывная работа маловероятна, поскольку охлаждающий вентилятор будет неэффективным и двигатель будет перегреваться.
Теперь, когда на рынке доминируют приводы с инверторным питанием, стали очевидны два изменения. Во-первых, уважаемые поставщики теперь предупреждают об ограничении низкой скорости стандартного асинхронного двигателя и поощряют пользователей при необходимости выбирать двигатель с вентиляторным охлаждением. И, во-вторых, тот факт, что двигатели с питанием от инвертора не обязаны запускаться напрямую от сети на частоте питания, означает, что конструкция больше не должна быть компромиссом между пусковыми и рабочими характеристиками.Таким образом, двигатели могут быть спроектированы специально для работы от инвертора и иметь клетки с низким сопротивлением, обеспечивающие очень высокий КПД в установившемся режиме и хорошее поддержание скорости без обратной связи. В большинстве приводов по-прежнему используются стандартные двигатели, но двигатели для конкретных инверторов со встроенными вентиляторами постепенно набирают популярность.
Устойчивые характеристики приводов с инверторным питанием в целом сопоставимы с характеристиками постоянного тока. приводы (за исключением ограничения, выделенного выше), с приводами того же номинала, имеющими аналогичный общий КПД и общие характеристики крутящего момента / скорости.Удержание скорости в приводе с асинхронным двигателем, вероятно, будет менее эффективным, хотя, если используется обратная связь от тахометра, обе системы будут превосходными. Асинхронный двигатель явно более прочен и лучше подходит для опасных сред и может работать на более высоких скоростях, чем двигатель постоянного тока. Двигатель, производительность которого ограничена, подходит к коммутатору.
В некоторых ранних инверторах не использовалась широтно-импульсная модуляция (ШИМ), и они производили резкое вращение на низкой скорости. К тому же они были заметно более шумными, чем их d.c. аналоги, но широкое распространение ШИМ значительно улучшило эти аспекты. Большинство инверторов малой и средней мощности используют устройства MOSFET или IGBT и могут модулировать ультразвуковые частоты, что, естественно, приводит к относительно тихой работе.
Ахиллесова пята базовой системы с инверторным питанием связана с относительно низкими переходными характеристиками. Для вентиляторов и насосов и высокоинерционных нагрузок это не является серьезным недостатком, но там, где требуется быстрое реагирование на изменения скорости или нагрузки (например,грамм. в станках или прокатных станах), постоянного тока привод с его быстродействующим контуром регулирования тока традиционно оказался лучшим. Однако теперь можно достичь эквивалентных уровней динамических характеристик асинхронных двигателей, но сложность управления, естественно, отражается на более высокой цене. Большинство производителей теперь предлагают это так называемое «векторное» или «ориентированное на поле» управление (см. Раздел 8.4) в качестве дополнительной опции для высокопроизводительных приводов.

Формы сигналов инвертора

Когда мы посмотрели на преобразователь d.c. двигателя мы увидели, что поведение в основном определяется средним постоянным током. напряжение, и что для большинства целей мы могли бы спокойно игнорировать компоненты пульсации. Подобное приближение полезно при рассмотрении работы асинхронного двигателя с питанием от инвертора. Мы используем тот факт, что, хотя фактическая форма волны напряжения, подаваемого инвертором, не будет синусоидальной, поведение двигателя в основном зависит от основной (синусоидальной) составляющей приложенного напряжения. Это несколько удивительное, но крайне желанное упрощение, потому что оно позволяет нам использовать наши знания о том, как асинхронный двигатель ведет себя при синусоидальном питании, чтобы предвидеть его поведение при питании от инвертора.
По сути, причина, по которой гармонические составляющие приложенного напряжения намного менее значительны, чем основная частота, заключается в том, что полное сопротивление двигателя на гармонических частотах намного выше, чем на основной частоте. Это приводит к тому, что ток будет намного более синусоидальным, чем напряжение, как показано на рисунке 8.2, и это, в свою очередь, означает, что мы можем ожидать, что синусоидальное бегущее поле будет настроено почти так же, как описано в теме 5.
Это было бы Конечно, было бы неправильно делать вид, будто гармонические составляющие не действуют.Они могут создавать неприятный акустический шум и всегда приводить к дополнительным потерям в железе и меди. В результате для стандартного двигателя часто приходится снижать номинальные характеристики (примерно на 5 или 10%) для использования с инверторным питанием.
Как и в случае с постоянным током. привод асинхронного двигателя с питанием от инвертора будет потреблять несинусоидальные токи от электросети. Если полное сопротивление источника питания относительно высокое, неизбежны значительные искажения формы сигнала напряжения сети, если только фильтры не установлены на a.c. сторона входа, но с нормальным

Рисунок 8.2 Типичные формы сигналов напряжения и тока для асинхронного двигателя с питанием от инвертора с ШИМ. (Составляющая основной частоты показана пунктирной линией.)
Промышленные источники питания. Для небольших инверторов мощностью в несколько кВт не проблема.
Некоторые инверторы теперь включают в себя «предварительное согласование», то есть дополнительный высокочастотный переключающий каскад и фильтр, которые гарантируют, что ток, потребляемый из сети, будет не только синусоидальным, но и с единичным коэффициентом мощности.Эта функция получит широкое распространение в приводах средней и большой мощности, чтобы соответствовать все более строгим условиям, предъявляемым органами снабжения.

Устойчивый режим работы - важность достижения полного потока

Необходимо помнить о трех простых отношениях, чтобы упростить понимание того, как ведет себя асинхронный двигатель с питанием от инвертора. Во-первых, мы установили в теме 5, что для данного асинхронного двигателя развиваемый крутящий момент зависит от силы вращающейся волны плотности магнитного потока и от скорости скольжения ротора, т.е.е. от относительной скорости ротора относительно магнитной волны. Во-вторых, сила или амплитуда магнитной волны напрямую зависит от напряжения питания обмоток статора и обратно пропорционально частоте питания. И в-третьих, абсолютная скорость волны люкс напрямую зависит от частоты питания.
Вспоминая, что двигатель может работать эффективно только при небольшом скольжении, мы видим, что основной метод управления скоростью основан на управлении скоростью вращения магнитной волны (т.е.е. синхронная скорость), путем управления частотой питающей сети. Например, если двигатель 4-полюсный, синхронная скорость будет 1500 об / мин при 50 Гц, 1200 об / мин при 40 Гц, 750 об / мин при 25 Гц и так далее. Таким образом, скорость холостого хода будет почти точно пропорциональна частоте питающей сети, поскольку крутящий момент без нагрузки мал и соответствующее скольжение также очень мало.
Обращаясь теперь к тому, что происходит под нагрузкой, мы знаем, что при приложении нагрузки ротор замедляется, скольжение увеличивается, в роторе индуцируется больший ток и создается больший крутящий момент.Когда скорость снижается до точки, в которой крутящий момент двигателя равен крутящему моменту нагрузки, скорость становится постоянной. Обычно мы хотим, чтобы падение скорости с нагрузкой было как можно меньше, не только для минимизации падения скорости с нагрузкой, но и для максимизации эффективности: короче говоря, мы хотим минимизировать скольжение для данной нагрузки.
В теме 5 мы видели, что скольжение для данного крутящего момента зависит от амплитуды вращающейся магнитной волны: чем выше магнитный поток, тем меньше скольжение, необходимое для данного крутящего момента.Отсюда следует, что, установив желаемую скорость вращения магнитной волны путем управления выходной частотой инвертора, мы также должны убедиться, что величина магнитного потока отрегулирована так, чтобы она была на своем полном (номинальном) значении, независимо от скорости.
оборотов. Это достигается за счет изменения выходного напряжения инвертора в зависимости от частоты.
Напомним, что амплитуда магнитной волны пропорциональна напряжению питания и обратно пропорциональна частоте, поэтому, если мы сделаем так, чтобы напряжение, подаваемое инвертором, изменялось прямо пропорционально частоте, магнитная волна будет иметь постоянную амплитуду. .Эта философия лежит в основе большинства приводных систем с инверторным питанием: есть вариации, как мы увидим, но в большинстве случаев внутреннее управление инвертором будет спроектировано таким образом, чтобы отношение выходного напряжения к частоте (V / f ) автоматически поддерживается постоянной, по крайней мере, до «базовой» (50 Гц или 60 Гц) частоты.
Многие инверторы предназначены для прямого подключения к сети без трансформатора, и в результате максимальное выходное напряжение инвертора ограничено значением, аналогичным значению сети.Например, при питании 415 В максимальное выходное напряжение инвертора будет примерно 450 В. Поскольку инвертор обычно используется для питания стандартного асинхронного двигателя, рассчитанного, скажем, на работу 415 В, 50 Гц, очевидно, что когда инвертор установлен на 50 Гц, напряжение должно быть 415 В, что находится в пределах диапазона напряжения инвертора. Но когда частота была увеличена до 100 Гц, напряжение в идеале должно быть увеличено до 830 В, чтобы получить полный магнитный поток. Инвертор не может подавать напряжение выше 450 В, и из этого следует, что в этом случае полный поток может поддерживаться только до скоростей, немного превышающих базовую.(Следует отметить, что даже если бы инвертор мог обеспечивать более высокие напряжения, они не могли быть применены к стандартному двигателю, потому что изоляция обмотки была спроектирована так, чтобы выдерживать не более номинального напряжения.)
Установленная практика заключается в том, что инвертор должен быть способным поддерживать постоянное отношение U / f до базовой скорости (50 Гц или 60 Гц), но принять, что на всех более высоких частотах напряжение будет постоянным при максимальном значении. Это означает, что поток поддерживается постоянным на скоростях вплоть до базовой, но после этого поток уменьшается обратно пропорционально частоте.Излишне говорить, что производительность выше базовой, как мы увидим, ухудшится.
Пользователи иногда с тревогой обнаруживают, что и напряжение, и частота изменяются, когда требуется новая скорость. Особое беспокойство вызывает снижение напряжения, когда требуется более низкая скорость. Несомненно, утверждается, что неправильно работать, скажем, с асинхронным двигателем на 400 В при напряжении менее 400 В. Теперь должно стать очевидным заблуждение с этой точки зрения: цифра 400 В - это просто правильное напряжение для двигателя. при работе непосредственно от сети, скажем, при 50 Гц.Если бы это полное напряжение было приложено, когда частота была снижена, скажем, до 25 Гц, это означало бы, что поток должен был бы увеличиться в два раза по сравнению с номинальным значением.
Это сильно перегрузит магнитную цепь машины, что приведет к чрезмерному насыщению железа, огромному току намагничивания и совершенно неприемлемым потерям в железе и меди. Чтобы этого не произошло и сохранить номинальный магнитный поток, важно уменьшать напряжение пропорционально частоте. Например, в приведенном выше случае правильное напряжение при 25 Гц будет 200 В.

% PDF-1.6 % 1 0 объект > / Метаданные 2 0 R / AcroForm 3 0 R / Страницы 4 0 R / StructTreeRoot 5 0 R / Тип / Каталог / Lang (en-US) >> эндобдж 6 0 obj /Режиссер / ModDate (D: 20141222101213 + 08'00 ') >> эндобдж 2 0 obj > транслировать 2014-12-22T10: 11: 33 + 08: 00Microsoft® Office Word 20072014-12-22T10: 12: 13 + 08: 002014-12-22T10: 12: 13 + 08: 00application / pdf

  • Mohd Najib bin Hussin
  • Microsoft® Office Word 2007uuid: 904c6cfd-85f7-48bf-9c3c-d639e7925e4cuuid: 63cfd79f-a3cf-4f14-b323-59dc460f3071 конечный поток эндобдж 3 0 obj > / Кодирование> >> >> эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject> >> / Тип / Страница / Аннотации [66 0 R] >> эндобдж 11 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 12 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 13 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 14 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 15 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 16 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 17 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 18 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 19 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 20 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 21 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 22 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 23 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ExtGState> / Шаблон> >> / Тип / Страница >> эндобдж 24 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 25 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 26 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 27 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 28 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 29 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 30 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 31 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 32 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 33 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 34 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 35 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 36 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 37 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ExtGState> >> / Тип / Страница >> эндобдж 38 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 39 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 40 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 41 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 42 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 43 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 44 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 45 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 46 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 47 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 48 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 49 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 50 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 51 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 52 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 53 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Тип / Страница >> эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > транслировать xW] oJ} G Ge ז J | * & N + br ܫ; cCzbXE = {f̙u) OzL fOKo {ɯwEZg0H.: KBB | OQ8m> xpx / Cru \> Если & = * b܂ S # 0 ג`] S} XHeb ؊ nl8] Yѝ ݇ SIδ'8hhcE: (dTVGL8 & aW 嘾 & ۰ # p {i | PbFawPXf4Eh0œο1fҍjizc6vsf03YMcc5YR-użY. =% | & - + kÙ͕O> ,, RD4 @ 0 "jͬQ *> 9DƥIIG @ bF0 $ c: oSLM> r ֑ d + mmGJƝ Ր ج 5 $: cy * 96 e J ؄ (PoM ݏ ל QIOҤzM

    (PDF) Асинхронный моторный привод без датчика скорости с инверторным выходом LC-фильтр

    Рис. 11. Устойчивость предложенной системы - переходные процессы скорости

    Сравнение в экспериментах для привода с фильтром и без фильтра -

    структура управления и оценки, а также выигрыши контроллера были такими же.

    VIII. ВЫВОДЫ

    Когда LC-фильтр используется в системе бессенсорного управления скоростью

    , структура управления и структура наблюдателя

    должны быть изменены. Электроприводы без таких изменений

    работают с ограниченной динамикой или иногда

    не работают в режиме управления с обратной связью.

    Для обеспечения низкой стоимости и надежности системы количество датчиков

    не могло быть увеличено.Некоторые

    дополнительных переменных, которые появляются в элементе управления, должны быть рассчитаны на

    . Это возможно, когда в структуру вычислительной системы

    будут входить уравнения LC-фильтра.

    В предлагаемой системе управления количество датчиков

    было ограничено двумя датчиками тока для измерения тока на выходе инвертора

    и одним датчиком напряжения для измерения напряжения звена постоянного тока

    .

    Правильность предложенной системы управления

    подтверждена моделированием и экспериментами.

    ССЫЛКИ

    [1] Дж. Эрдман, Р. Керкман, Д. Шлегель, Г. Скибински, «Влияние инверторов

    PWM на токи в подшипниках и напряжения на валу электродвигателей переменного тока»,

    in Proc. Конференция IEEE APEC, Даллас, США. 1995.

    [2] Х. Конратс, Ф. Гислер, Х. Хейнинг, «Напряжения на валу и подшипники

    токов - новые явления в асинхронных машинах с инверторным приводом»,

    в Proc. Конференция EPE, Лозанна, Франция. 1999.

    [3] А.Muetze, A. Binder, «Высокочастотные токи заземления статора

    асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с питанием от инвертора до 500 кВт», в

    Proc. Конференция EPE, Тулуза, Франция. 2003.

    [4] Дж. К. Стейнке, «Использование LC-фильтра для достижения благоприятных для двигателя характеристик

    инвертора источника напряжения PWM», IEEE Transactions

    on Energy Conversion, vol. 14, вып. 3, 1999.

    [5] Х. Акаги, «Перспективы и ожидания силовой электроники в 21 веке

    », в Proc.Конференция по преобразованию энергии PCC'2002.

    Осака, Япония, 2002.

    [6] Х. Акаги, Х. Хасегава, Т. Доумото, «Пассивный фильтр электромагнитных помех для использования

    с инвертором PWM источника напряжения с синусоидальным выходом

    напряжения и нулевой общей- режим », IEEE Transactions on Power

    Electronics. т. 19, нет. 4, 2004.

    [7] Z. Krzeminski, J. Guzinski J, "Выходной фильтр для источника напряжения

    инвертор

    , питающий асинхронный двигатель", in Proc.Международная конференция

    по силовой электронике, интеллектуальным движениям и мощности

    Quality PCIM, Нюрнберг, Германия, 2005 г.

    [8] Дж. Понт, Дж. Родригес, М. Ротелла, «Выходной синусоидальный фильтр для привода среднего напряжения

    . с прямым управлением крутящим моментом », в Proc. 40-е Ежегодное собрание

    , Общество отраслевых приложений, IAS 2005, Гонконг

    Конг, Китай, 2005.

    [9] Р. Селига, В. Кочара, «Стратегия управления с многопетлевой обратной связью в синусоидальном инверторе

    для индукционная клетка с регулируемой скоростью

    система моторного привода ”, в Proc.9-я Европейская конференция по энергетике

    Электроника и приложения EPE'2001, Грац, Австрия, 2001.

    [10] М. Кодзима, К. Хирабаяси, Я. Кавабата, Е.К. Эйджогу, Т.

    Кавабата, «Новый вектор контроля система, использующая deadbeat-

    управляемый ШИМ-инвертор с выходным LC-фильтром », IEEE

    Transactions on Industry Applications, vol. 40, нет. 1, 2004.

    [11] Дж. Саломаки, Дж. Луоми, «Векторное управление асинхронным двигателем, питаемым

    от инвертора PWM с выходным LC-фильтром», EPE Journal, vol.16,

    нет. 1, февраль 2006 г.

    [12] Дж. Саломаки, М. Хикканен, Дж. Луоми, «Бездатчиковое управление приводами с асинхронным двигателем

    , оснащенными выходным фильтром инвертора», в

    Proc. Международная конференция IEEE по электрическим машинам и приводам

    , IEMDC 2005, Сан-Антонио, Техас, США, 2005.

    [13] Дж. Гузински Дж., Х. Абу-Руб, «Асинхронный двигатель, нелинейное управление

    с инверторным выходом LC фильтр », 2-я Средиземноморская конференция

    по интеллектуальным системам и автоматизации, 23-25 ​​марта

    2009, Зарзис, Тунис.

    [14] М. Адамович, Я. Гузинский, «Управление бездатчиковым электроприводом

    с выходным фильтром инвертора», 4-е Междунар. Симпозиум по автоматическому управлению

    AUTSYM 2005. 22-23 сентября 2005 г. Висмар,

    Германия.

    [15] Р. Селига, В. Кочара, «Стратегия управления мгновенным током и напряжением

    в преобразователе постоянного / переменного напряжения синусоидального напряжения на основе фильтра нижних частот.

    Топология

    для системы управления ШИМ с регулируемой скоростью.IEEE

    Международный симпозиум по промышленной электронике ISIE, 2002,

    Л'Акуила, Италия.

    [16] Т. Кавабата, Т. Мияшита, Ю. Ямамото, «Цифровое управление трехфазным ШИМ-инвертором

    с LC-фильтром», IEEE 19th Power

    Конференция специалистов по электронике PESC 1988. Апрель 1988 г.,

    Токио, Япония.

    [17] З. Кжемински, «Нелинейное управление асинхронным двигателем», 10-й Всемирный конгресс по автоматическому управлению

    , IFA’1987, Мюнхен,

    Германия, 1987.

    [18] К. Раджашекара, А. Кавамура, К. Мацусе, «Бездатчиковое управление приводами электродвигателей переменного тока

    », Общество промышленной электроники IEEE. IEEE Press,

    1996.

    [19] Дж. Хольц, «Бездатчиковое управление асинхронными машинами - с или

    без подачи сигнала?», IEEE Trans. по промышленной электронике,

    т. 53, нет. 1, февраль 2006 г.

    [20] З. Кжемински, «Бездатчиковое управление асинхронным двигателем на основе

    на новом наблюдателе», Международная конференция по силовой электронике,

    Интеллектуальные движения и качество электроэнергии, PCIM 2000, Нюрнберг,

    Германия, 2000 г.

    [21] Х. Абу-Руб, Х. Шмиргель, Дж. Хольц, «Бездатчиковое управление асинхронными двигателями

    для достижения максимального установившегося крутящего момента и быстрой динамики

    при ослаблении поля», IEEE / IAS 41st Ann. Встреча,

    Тампа, Флорида, США, 2006.

    [22] Х. Абу-Руб. и Н. Ойкономоу, «Бездатчиковая система наблюдения для управления асинхронным двигателем

    », 39-я конференция специалистов по силовой электронике IEEE

    , PESC08, Родос, Греция, 2008 г.

    [23] Х. Абу-Руб и Дж. Хольц, «Бессенсорная система управления индукционным двигателем

    с замкнутым контуром наблюдения за потоком», Патент - Управление по коммерциализации технологий

    , Техасский университет A&M, США,

    ссылка инноваций TAMUS 2921, 2009.

    [24] Дж. Хольц, «Представление динамики машины переменного тока с помощью

    сложных графов потоков сигналов», IEEE Trans. по Промышленной

    Электроника, т. 42, нет.3, июнь 1995.

    [25] Абу-Руб Х., Гузински Дж., Родригес Дж., Кеннел Р., Кортес П.,

    «Регулятор тока с прогнозированием для бессенсорного асинхронного двигателя

    привод», Международная конференция по промышленному производству Technology, IEEE-

    ICIT 2010, 14-17 марта 2010 г., Винья-дель-Мар, Чили.

    Моделирование инверторного асинхронного двигателя источника напряжения

    Предпосылки

    Индукционная машина - одно из старейших электромеханических устройств преобразования энергии переменного тока [1].В конце 19 века инженеры первыми изобрели первый однофазный асинхронный двигатель, за которым вскоре последовал трехфазный вариант. По сравнению с другими популярными типами двигателей (например, постоянного или синхронного) асинхронный двигатель обычно имеет более низкую стоимость и более высокую надежность. Это подтолкнуло технологию к тому, чтобы она стала доминирующим игроком в промышленных приложениях. См. Рис. 1а для примера асинхронного двигателя.

    Чтобы полностью реализовать потенциал асинхронного двигателя в различных рабочих точках крутящего момента / скорости, он должен приводиться в действие от источника питания переменной частоты.В середине и конце 20-го века в силовой электронике был сделан прорыв с появлением транзисторов. Это устройство позволило создать эффективные, надежные высокочастотные преобразователи энергии. Инвертор источника напряжения (VSI) стал наиболее распространенной основой для современных частотно-регулируемых приводов, используемых для управления современными асинхронными двигателями.

    Инвертор источника напряжения (VSI)

    Инвертор источника напряжения (VSI) используется для преобразования постоянного и переменного тока. На рис. 1b показан VSI, подключенный к индукционной машине.Для нормальной работы двигателя мощность берется из входного источника постоянного тока (VdcV_ {dc} V dc) и модулируется на мощность переменного тока на выходных фазах (vasv_ {as} v as, vbsv_ {bs} v bs и vcsv_ {cs} v cs).

    Внутренне VSI состоит из нескольких компонентов. Чтобы обеспечить жесткий источник напряжения, конденсатор промежуточного контура подключен ко входу постоянного тока. Через конденсатор промежуточного контура подключены три полумоста. Каждый полумост состоит из двух силовых электронных переключателей.Средняя точка каждого полумоста становится фазовым соединением для асинхронного двигателя. См. Схематическое изображение на рис. 1c.

    Последние достижения технологии

    Типичный силовой электронный переключатель, который используется в VSI, представляет собой либо биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), либо полевой транзистор с металлооксидным полупроводником (MOSFET). MOSFET обычно используются для высокочастотных приложений с более низкими требованиями к напряжению, в то время как IGBT, как правило, используются для приложений с более низкой частотой и большей мощностью.В последние годы были внедрены две новые перспективные технологии переключения: нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) [2]. Эти устройства позволяют преобразователям мощности переключаться на более высоких частотах, сохраняя при этом более низкие коммутационные потери. Когда VSI управляет асинхронным двигателем с использованием более высоких частот переключения, выходное напряжение лучше приближается к опорному и приводит к более низким пульсациям тока из-за того, что индуктивность машины действует как фильтр. Это снижает потери в асинхронном двигателе и снижает пульсации крутящего момента.

    Мотивация

    Чтобы создать установившийся крутящий момент, который вращает асинхронный двигатель, можно показать, что трехфазный сбалансированный набор синусоидальных напряжений должен быть приложен к фазам двигателя, как показано на рис. {j \ omega_e t} v ¯ qd s = V o e jω e t.

    Методы модуляции

    Цель VSI - максимально точно воспроизвести формы сигналов, показанные на рис. 2. Однако, поскольку инвертор использует режим переключения, только восемь дискретных состояний напряжения доступны на клеммах фазы. Обычно для создания эффекта усреднения по времени используются методы рабочего цикла. В среднем, VSI воспроизводит желаемые опорные формы сигналов, но в любой момент времени формы сигналов состоят из восьми дискретных состояний напряжения.Если сегмент \ circ60 ∘, основная составляющая сигнала напряжения будет соответствовать желаемым опорным сигналам. На рис. 3b показаны как фактические фазные напряжения, так и основная составляющая для шестиступенчатого возбуждения. В то время как простая шестиступенчатая операция создает большие гармоники в токе асинхронного двигателя, создавая таким образом пульсации крутящего момента. Альтернативные методы модуляции предпочтительны из-за лучших гармонических свойств.

    Синусо-треугольная модуляция

    Подход с синусо-треугольной модуляцией показан на рис.4 для одного желаемого опорного напряжения (например, vasv_ {as} v as). Для реализации этой модуляции требуется высокочастотная треугольная волна, называемая несущей. Требуемое опорное напряжение масштабируется напряжением шины постоянного тока и сравнивается с треугольной несущей. Выход этого сравнения используется для сигналов стробирования для каждого полумоста в VSI.

    Преимущества метода синусо-треугольной модуляции включают в себя возможность генерировать произвольные опорные формы сигналов с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и работу с фиксированной частотой переключения, но ограничивать величину фазного напряжения асинхронного двигателя до 12 В постоянного тока \ frac {1} { 2} V_ {dc} 2 1 В постоянного тока.Это ограничение возникает из-за того, что синфазное напряжение на всех трех фазах зафиксировано на уровне половины VdcV_ {dc} V dc.

    Модуляция пространственного вектора

    Алгоритм пространственной векторной модуляции (SVM) может быть связан как с шестиступенчатой, так и с синусо-треугольной модуляцией. В качестве расширения к шестиступенчатой ​​работе SVM добавляет концепцию усреднения рабочего цикла для достижения средних фазных напряжений, которые могут произвольно лежать на комплексной плоскости dqdqdq внутри шестиугольника (см. Рис. 3a), в отличие от шести фиксированных векторов активного напряжения [ 3].SVM достигает этого путем смешивания частей активных векторов напряжения (1-6) вместе с нулевыми состояниями (0,7) в пределах каждого интервала переключения.

    В качестве альтернативы, SVM можно рассматривать как расширение стандартной синусоидальной треугольной модуляции [4]. Для этого к каждой команде напряжения добавляется часть нулевой последовательности, которая зависит от мгновенных опорных значений напряжения. Чтобы контролировать соотношение времени, проведенного в двух нулевых состояниях (0,7), определяется параметр 0≤ko≤10 \ leq k_o \ leq 10≤k o ≤1. * _ {min}] v zs ∗ = - [(1−2k o) + k o v max ∗ + (1− k o) v min ∗]

    Рис.5 показаны опорные напряжения для VSI при использовании SVM и генерации тех же опорных напряжений, что и на рис. 2. Компонент нулевой последовательности показан черным цветом. При добавлении этого компонента к каждому фазному напряжению синфазное напряжение не появляется на асинхронном двигателе, а увеличивает полезное напряжение шины постоянного тока примерно на 15% по сравнению с отсутствием инжекции нулевой последовательности.

    Simulation

    Индукционная машина может быть смоделирована как совокупность связанных нелинейных дифференциальных уравнений.Обычно для представления электрических величин используются комплексные переменные (инкапсулирующие информацию о величине вектора и фазе). Когда механическая система включена, асинхронный двигатель становится нелинейной системой пятого порядка.

    Электрические величины можно просматривать из различных систем отсчета, при этом общий выбор представляет собой стационарные, роторные или синхронные системы отсчета. Следующие уравнения моделируют статор и ротор асинхронной машины в произвольной системе отсчета, а также динамику механической системы.Связь между электрической и механической системами происходит за счет развиваемого крутящего момента, который можно представить как правую часть последнего уравнения. Вместе эти три уравнения моделируют всю динамику индукционной машины.

    v¯qds = rsi¯qds \ bar {v} _ {qds} = r_s \ bar {i} _ {qds} v ¯ qds = r s i ¯ Qds

    + Ls (p + jω) i¯qds + L_s (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qds} + L s (p + jω) i ¯ Qds

    + Lm (p + jω) i¯qdr + L_m (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qdr} + L m (p + jω) i ¯ Qdr

    v¯qdr = rri¯qdr \ bar {v} _ {qdr} = r_r \ bar {i} _ {qdr} v ¯ qdr = r r i ¯ qdr

    + Lr [p + j (ω − ωr)] i¯qdr + L_r [p + j (\ omega - \ omega_r)] \ bar {i} _ {qdr} + L R [p + j (ω − ω r)] i ¯ qdr

    + Lm [p + j (ω − ωr)] i¯qds + L_m [p + j (\ omega - \ omega_r)] \ bar {i} _ {qds} + L m [p + j (ω − ω r)] i ¯ qds

    Jdωmdt + TL = J \ frac {d \ omega_m} {dt} + T_L = J dt dω m + T L =

    32P2LmIm {i¯qdssi¯qdrs ∗} \ frac { 3} {2} \ frac {P} {2} L_m \ mathbb {I} m \ {\ bar {i} _ {qds} ^ s \ bar {i} _ {qdr} ^ {s *} \} 2 3 2 P L m Im {i ¯ qds s i ¯ qdr s ∗}

    v¯ qds = rsi¯qds + Ls (p + jω) i¯qds + Lm (p + jω) i¯qdr \ bar {v} _ {qds} = r_s \ bar {i} _ {qds} + L_s (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qds} + L_m (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qdr} v ¯ qds = r s i ¯ qds + L s (p + jω) i ¯ qds + L m (p + jω) i ¯ qdr

    v¯qdr = rri¯qdr + Lr [p + j (ω − ωr)] i¯qdr + Lm [p + j (ω − ωr)] i¯qds \ bar {v} _ {qdr} = r_r \ bar {i} _ {qdr} + L_r [p + j (\ omega - \ omega_r)] \ bar {i} _ {qdr} + L_m [p + j (\ omega - \ omega_r)] \ bar {i} _ {qds} v ¯ qdr = r r i ¯ qdr + L r [p + j (ω − ω r)] i ¯ qdr + L m [p + j (ω − ω r)] i ¯ qds

    Jdωmdt + TL = 32P2LmIm {i¯qdssi¯qdrs ∗} J \ frac {d \ omega_m} {dt} + T_L = \ frac {3} {2} \ frac {P} {2} L_m \ mathbb {I} m \ {\ bar {i} _ {qds} ^ s \ bar {i} _ {qdr} ^ {s *} \} J dt dω m + T L = 2 3 2 P L m Im {i ¯ qds S i ¯ qdr s ∗}

    В приведенных выше уравнениях rsr_sr s и rrr_rr r - сопротивления статора и ротора, Ls = Lm + LlsL_s = L_m + L_ {ls} L s = L m + L ls - полная индуктивность статора, Lr = Lm + LlrL_r = L_m + L_ {lr} L r = L m + L lr - полная индуктивность ротора, LmL_mL m - индуктивность намагничивания, p = ddtp = \ frac {d} {dt} p = dt d обозначает оператор дифференцирования, ω \ omegaω - произвольная система отсчета, ωr \ omega_rω r - электрическая скорость ротора, ωm \ omega_mω m - механическая скорость ротора, PPP - количество полюсов машины, а JJJ - механическая вращательная инерция.

    Выбор ω \ omegaω определяет систему отсчета; в этом анализе синхронный фрейм используется так, что ω = ωe \ omega = \ omega_eω = ω e. Для результатов моделирования, которые будут представлены и обсуждены ниже, в следующей таблице приведены параметры асинхронного двигателя. На рис. 6 показана блок-схема моделирования, которая будет использоваться. Частота коммутации инвертора fswf_ {sw} f sw и схема распределения нулевого состояния kok_ok o будут исследованы.

    Ом Ом Ом Ом
    Параметр Значение шт.
    VratedV_ {Rated} V номинальная 460 Vrms, l-lV_ {rms, l-l} V rms, l-l
    PratedP_ {Rated} P рейтинг 20 л.с.
    fratedf_ {Rated} f рейтинг 60 Гц
    ГЧП 4 полюса
    ZBZ_BZ B 14.20 Ом \ Омега
    VBV_BV B 376 VpkV_ {pk} V pk
    IBI_BI B 26,5 ApkA_ {pk} A pk
    TBT_BT B 79,16 Н-м
    rs = rrr_s = r_rr s = r r 0,355 Ом \ Омега
    xls = xlrx_ {ls} = x_ {lr} x ls = x lr 1,42 Ом \ Омега
    xmx_mx m 34.1 Ом \ Омега
    МММ 1,4 сек
    srateds_ {Rated} s рейтинг 0,03135

    Базовый уровень: стабильный режим работы

    Первым интересующим условием является базовый стационарный режим, когда индукционная машина переходит в стабильную рабочую точку в зависимости от значений результирующей скорости и крутящего момента. Применяется постоянная нагрузка 50% номинального крутящего момента.Для этого моделирования инвертор работает с фиксированной частотой переключения fswf_ {sw} f sw = 3 кГц при напряжении постоянного тока 650 В. Модуляция пространственного вектора используется с индексом модуляции Mi = 0,9M_i = 0,9M i = 0,9 и ko = 0,5k_o = 0,5k o = 0,5. Обратите внимание, что отношение частоты переключения к основной составляет 50.

    На рис. 7 показаны формы сигналов, полученные в результате моделирования, на рис. 7а показаны формы сигналов во временной области, а на рис. 7b показаны частотные составляющие сигналов.Во временной области очевидна ШИМ-природа приложенного фазного напряжения, но результирующий фазный ток очень плавный и синусоидальный из-за фильтрующих эффектов индуктивности двигателя. Результирующий крутящий момент имеет постоянную составляющую, но пульсацию составляет почти 10%. Результирующая скорость примерно постоянна и составляет 1755 об / мин. Чтобы проверить результаты моделирования в установившемся режиме, мы можем проанализировать индукционную машину как эквивалентную схему Тевенина, где эквивалентный комплексный импеданс равен

    .

    Zth = rs + xlsZ_ {th} = r_s + x_ {ls} Z th = r s + x ls

    + xm (xlr + rr / s) xm + xlr + rr / s + \ frac {x_m (x_ {lr} + r_r / s)} {x_m + x_ {lr} + r_r / s} + x m + x lr + r r / s X m (x lr + r r / s)

    Zth = rs + xls + xm (xlr + rr / s) xm + xlr + rr / sZ_ {th} = r_s + x_ {ls} + \ frac {x_m (x_ {lr} + r_r / s)} {x_m + x_ {lr} + r_r / s} Z th = r s + x ls + x m + X lr + r r / s x m (x lr + r r / s)

    Критическая частота или частота прерывания RL схема задается формулой fc = R / (2πL) f_c = R / (2 \ pi L) f c = R / (2πL).Используя ZthZ_ {th} Z th для моделируемой индукционной машины, получаем fcf_cf c = 101 Гц. Поскольку фазовое напряжение возбуждения ШИМ составляет 3 кГц, это почти в 30 раз больше, чем частота отключения машины, поэтому почти плавный ток является разумным.

    Влияние частоты переключения VSI

    Частота переключения VSI играет основную роль в результирующей пульсации на осциллограммах тока и крутящего момента. На рис. 8 показаны смоделированные формы сигналов для различных частот переключения VSI.На Рис. 8a и Рис. 8b показаны результирующие формы сигналов, когда fswf_ {sw} f sw = 2 кГц (20-кратная частота отключения машины) и fswf_ {sw} f sw = 10 кГц (100-кратная частота отключения машины), соответственно. Обратите внимание, что при больших fswf_ {sw} f sw гармонический состав сигналов смещается в сторону более высоких частот, так что энергия сигнала вблизи основной частоты уменьшается. Это приводит к более чистым формам сигналов тока и крутящего момента во временной области с меньшими колебаниями. При увеличении fswf_ {sw} f sw потери на гармоники в асинхронном двигателе снижаются, а потери переключения инвертора увеличиваются.Полноценные системные приложения должны находить инженерный компромисс между потерями в машине и инверторе.

    Чтобы охарактеризовать улучшение от увеличения частоты переключения, можно проанализировать различные показатели. В этом анализе анализируются пульсации фазного тока. Ожидаемый фазный ток в идеале синусоидальный, но из-за VSI ШИМ пульсации тока возрастают по мере уменьшения fswf_ {sw} f sw. Общее гармоническое искажение (THD) синусоидальной формы волны можно рассчитать следующим образом, где x1x_1x 1 обозначает величину основной составляющей, x2x_2x 2 - величину второй гармоники и т. Д.2 + ...}} {x_1} THD = x 1 √ x 2 2 + x 3 2 + x 4 2 + ...

    Чтобы связать частоту переключения VSI с THD фазного напряжения и тока, было выполнено несколько симуляций для различных fswf_ {sw} f sw. На рис. 9 показаны результаты моделирования: когда fswf_ {sw} f sw = 1 кГц (10-кратная частота разрыва) и fswf_ {sw} f sw = 10 кГц (100-кратная частота разрыва), THD текущего сигнала составляет 13% и 1,2% соответственно, что показывает обратную логарифмическую зависимость между fswf_ {sw} f sw и текущим THD. Однако напряжение сохраняло высокий THD на fswf_ {sw} f sw.

    Устойчивый режим работы с различными константами Ko

    Предыдущие результаты моделирования использовали фиксированное значение ko = 0,5k_o = 0,5k o = 0,5. Это делит состояния вектора нулевого напряжения равномерно между векторами 0 и 7 (определения вектора напряжения см. На рис. 3a). Изменяя kok_ok o, регулируется соотношение нулевых состояний. В этом разделе анализа исследуется влияние установки kok_ok o на постоянное значение, не равное 0,5. Исследуется диапазон от 0,2 до 0,8.Например, когда kok_ok o = 0,2, вектор напряжения 7 используется для 80% нулевого состояния, а оставшиеся 20% расходуются в векторе напряжения 0. Теоретическое усредненное по времени напряжение в одном цикле ШИМ равно то же самое, но достигается с помощью различных комбинаций переключателей VSI.

    На рис. 10 показаны результаты моделирования для двух значений kok_ok o = 0,2 и 0,35 (fswf_ {sw} f sw = 2 кГц). Осциллограммы тока примерно соответствуют аналогичному сценарию на рис. 8а, но с kok_ok o = 0,5.Однако форма волны крутящего момента имеет гораздо больше пульсаций и гармоник, чем раньше. Когда kok_ok o = 0,35, форма волны крутящего момента уменьшает свои гармоники, но добавляет другие высокочастотные составляющие. Влияние на форму волны крутящего момента происходит из-за взаимодействий между трехфазными токами в синхронной системе отсчета.

    Кроме того, при установке ko 0,5k_o \ neq 0,5k o ≠ 0,5 частотная составляющая сигналов расширяется и смещается. На рис. 10а частота между основной и несущей ШИМ имеет значительно большую энергию, чем на рис.8а. При установке kok_ok o = 0,5 этот разброс энергии уменьшается.

    Для дальнейшего исследования влияния kok_ok o на асинхронный двигатель, смоделирован полный диапазон kok_ok o = от 0,2 до 0,8. Суммарные гармонические искажения (THD) результирующих форм сигналов напряжения и тока вычислены и представлены на рис. 11. При kok_ok o = 0,5 как фазное напряжение, так и ток имеют минимум THD. Когда kok_ok o отклоняется от своего номинального значения 0,5, THD как напряжения, так и тока увеличивается.Это приводит к выводу, что при фиксированном kok_ok o наименьшие THD по напряжению и току достигаются при kok_ok o = 0,5.

    Устойчивый режим работы с изменением Ko

    Согласно предыдущему разделу, оптимальное постоянное значение kok_ok o составляет 0,5; это снижает THD как для сигналов напряжения, так и для тока до минимального значения. Однако, динамически изменяя kok_ok o, возможно дальнейшее снижение THD.

    На рис. 12 представлен поток сигналов внутри SVM VSI.{**} v как ∗∗. Это опорное напряжение затем модулируется с помощью треугольной несущей ШИМ, чтобы сформировать напряжение, приложенное к асинхронному двигателю vasv_ {as} v as. Обратите внимание, что форма волны для kok_ok o непостоянна; в каждом цикле ШИМ происходит скачок между минимальным и максимальным значением в течение 50% времени. Если минимальное и максимальное значения для kok_ok o равны 0,5, этот подход упрощается до результатов из предыдущего раздела. Однако при изменении минимального и максимального значений kok_ok o изменяется гармоническая характеристика.

    На рис. 13 показаны результаты 169 симуляций, по одному для каждого прямоугольника на карте. В каждой симуляции fswf_ {sw} f sw поддерживается постоянной на уровне 3 кГц, но минимальные и максимальные значения для kok_ok o изменяются. THD рассчитывается как для фазного напряжения, так и для тока и выражается в процентах, соответствующих цвету. Результаты предыдущего раздела для kok_ok o = 0,5 находятся в правом нижнем углу, что дает текущий коэффициент нелинейных искажений около 7%. Проведение по диагонали линии от нижнего правого до верхнего левого приводит к значениям THD, когда минимальное и максимальное kok_ok o симметрично относительно номинального 0.5, а недиагональные прямоугольники асимметричны. Путем чередования симметричных значений kok_ok o, THD сигналов напряжения и тока уменьшается. При kok_ok o = 0,2 и 0,8 текущий THD составляет 61% от номинальной базовой линии (kok_ok o = 0,5).

    Сводка

    В этом исследовании анализировался асинхронный двигатель, приводимый в действие инвертором источника напряжения. Было представлено несколько методов модуляции, связанных друг с другом. Было показано, что метод пространственно-векторной модуляции имеет превосходные характеристики за счет расширения диапазона фазных напряжений на 15% больше, чем метод модуляции синусоидального треугольника.

    Асинхронный двигатель моделировался с использованием нескольких конфигураций SVM VSI. Проведен анализ частоты переключения ШИМ и размещения вектора нулевого напряжения. Результаты сравнивались во временной и частотной областях. Общий коэффициент гармонических искажений использовался в качестве показателя для оценки характеристик конфигурации инвертора. Было обнаружено, что более высокие частоты переключения приводят к меньшему THD, наряду с динамически изменяющимся размещением вектора нулевого напряжения.

    В будущих работах может быть рассмотрено изменение нагрузки асинхронного двигателя и динамические эффекты методов модуляции.Например, использование реальных последовательностей дисков может помочь разработчику приложений определить оптимальные значения для fswf_ {sw} f sw и kok_ok o в зависимости от требований системного уровня.

    Этот анализ был выполнен весной 2020 года для курса UW-Madison ECE 711: Dynamics and Control of AC Drives. Читать статью полностью ....

    Ссылки

    1. Б. Г. Ламме, «История асинхронного двигателя», Журнал Американского института инженеров-электриков, вып. 40, нет. 3. С. 203–223, март 1921 г.

    2. Дж. Миллан, П. Годиньон, X. Перпина, А. Перес-Томас и Дж. Реболло, «Обзор мощных полупроводниковых устройств с широкой запрещенной зоной», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, нет. 5. С. 2155–2163, 2014.

      .
    3. Х. В. ван дер Брок, Х. Скудельны, и Г. В. Станке, «Анализ и реализация модулятора ширины импульса на основе пространственных векторов напряжения», IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 24, вып. 1. С. 142–150, 1988.

      .
    4. В.Бласко, «Гибридная стратегия ШИМ, сочетающая методы сравнения модифицированных пространственных векторов и треугольников», в PESC Record. 27-я ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE, т. 2, июнь 1996 г., стр. 1872–1878, т. 2.


    Уведомления о новых сообщениях

    Если вы прочтете это далеко в этой статье, возможно, вас заинтересует подписка на уведомления по электронной почте о будущих новых сообщениях, которые я пишу. Я никогда не буду спамить тебе! Каждые несколько месяцев я пишу новую статью для этого сайта и пришлю вам об этом по электронной почте.Вы можете отписаться в любое время. Спасибо.

    Источник напряжения прямоугольной формы Привод индукционного двигателя с инверторным питанием

    Источник напряжения прямоугольной формы Привод индукционного двигателя с инверторным питанием:

    Привод индукционного двигателя с источником прямоугольного напряжения с питанием от инвертора - это своего рода преобразователь постоянного тока, который представляет собой двухступенчатое преобразовательное устройство. Трехфазное питание сначала выпрямляется с помощью выпрямителя со стороны сети. Выпрямленный постоянный ток инвертируется в переменный ток желаемой частоты инвертором на стороне нагрузки, как показано на рис.4.22. Когда нагрузка не может обеспечить требуемую реактивную мощность для инвертора, инвертор обязательно должен быть принудительно коммутируемым. Индуктивность в цепи звена постоянного тока обеспечивает сглаживание, тогда как емкость поддерживает постоянство напряжения в звене. Напряжение звена - это контролируемое качество. Мгновенное напряжение на клеммах машины (на выходных клеммах инвертора) всегда прямо пропорционально напряжению звена постоянного тока (источник постоянного тока с низким внутренним сопротивлением), а ток машины (выходной) является функцией проводимой нагрузки. .Следовательно, идеальная нагрузка для асинхронного двигателя с источником прямоугольного напряжения с инверторным питанием, с учетом гармоник в токе нагрузки, должна быть высокоиндуктивной и иметь низкий коэффициент мощности.

    При правильном переключении тиристоров инвертора напряжение звена постоянного тока попеременно подается на фазы асинхронного двигателя. Форма волны напряжения на выходных клеммах зависит исключительно от этого переключения и проводимости тиристоров. Если тиристоры проводят 180 ° за период, выходное напряжение имеет форму прямоугольной волны.В этом случае регулирование напряжения осуществляется с помощью фазоуправляемого выпрямителя со стороны сети. Напряжение звена постоянного тока может меняться, а форма выходного напряжения остается неизменной при всех нагрузках и частотах. Инвертор также называется прямоугольным преобразователем, так как выходное напряжение представляет собой прямоугольную волну.

    У этих инверторов есть проблемы с коммутацией на очень низких частотах, поскольку напряжение звена постоянного тока, доступное на этих частотах, не может зарядить коммутирующие конденсаторы в достаточной степени для коммутации тиристоров.Это ограничивает более низкую частоту работы. Чтобы увеличить частоту до нуля, необходимо использовать специальные зарядные цепи. Диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя с источником прямоугольного напряжения с инверторным питанием, работающего на прямоугольном преобразователе, составляет 1:20.

    Полярность напряжения промежуточного контура не может быть изменена. Следовательно, во время регенерации направление тока в промежуточной цепи должно быть изменено на обратное. На стороне сети для регенерации требуется отдельный преобразователь с фазовым управлением, как показано на рис.4.22. Можно использовать динамическое торможение с помощью подключаемых резисторов. На низких частотах динамическое поведение системы не очень хорошее.

    Возможен плавный пуск двигателя. Машина, работающая на частотно-регулируемом преобразователе напряжения, не требует дополнительного пускового оборудования. Обычно машина работает на линейной части кривой крутящий момент-скорость и не видит крутящего момента и тока заторможенного ротора при запуске. Машина имеет идентичные характеристики от синхронной точки до точки максимального крутящего момента на каждой частоте.Крутящий момент и ток машины могут поддерживаться постоянными в этом диапазоне, изменяя частоту и напряжение одновременно и плавно с постоянным крутящим моментом и током до требуемой скорости, изменяя частоту статора и поддерживая постоянную частоту ротора. Ускорение находится в режиме постоянного контроля проскальзывания магнитного потока. Режим, в котором скольжение поддерживается постоянным, а поток регулируется (режим управления постоянным потоком скольжения), также возможен для пусковых целей. Эти методы повышают эффективность привода.

    Когда скольжение используется в качестве контролируемой величины для поддержания постоянного магнитного потока в двигателе, привод называется приводом с управляемым скольжением. Делая скольжение отрицательным (то есть уменьшая выходную частоту инвертора), машину можно заставить работать как генератор, а энергия вращающихся частей возвращается в сеть с помощью дополнительного преобразователя на стороне сети или рассеивается в сопротивлении для динамическое торможение. Поддерживая постоянную частоту скольжения (или контролируя скольжение), можно добиться торможения с постоянным крутящим моментом и током.Таким образом, торможение тоже быстрое.

    Поскольку напряжение можно изменять для поддержания постоянного магнитного потока, работа с постоянным крутящим моментом возможна вплоть до номинальной частоты. При превышении номинальной частоты напряжение остается на своем номинальном значении, и машина работает в режиме ослабления магнитного потока. Двигатель обеспечивает постоянную мощность на всех скоростях и называется , режим постоянной мощности . Эти режимы изображены на рис. 4.23.

    Двигатель получает прямоугольное напряжение. Это напряжение имеет гармонические составляющие.Результирующий ток якоря не является синусоидальным и имеет пики. Эти пики фактически определяют номинальные характеристики инвертора. Гармоники тока статора вызывают дополнительные потери и нагрев. Следовательно, двигатель требует снижения номинальных характеристик или для данной мощности в лошадиных силах должен использоваться двигатель с завышенными габаритами.

    Эти гармоники также отвечают за пульсации крутящего момента. Взаимодействие пятой и седьмой гармоник с основной гармоникой приводит к возникновению шестой гармоники, развиваемой крутящим моментом.Для данного асинхронного двигателя с прямоугольным источником напряжения с питанием от инвертора, питаемого от прямоугольного преобразователя, содержание гармоник в токе имеет тенденцию оставаться постоянным, независимо от входной частоты, в пределах диапазона рабочих частот инвертора.

    Пиковые и гармонические токи линии, а также ток статора зависят от реактивного сопротивления утечки двигателя. Чем выше реактивное сопротивление утечки, тем меньше гармоник и пиковое значение тока статора. Поэтому необходимо выбрать асинхронный двигатель с большим реактивным сопротивлением рассеяния для работы с асинхронным двигателем с источником прямоугольного напряжения с инверторным питанием.Чем меньше пиковые токи, тем меньше номинальные характеристики инвертора. Управление без обратной связи возможно, но могут возникнуть проблемы со стабильностью на низких скоростях.

    Возможна работа с несколькими двигателями, коммутация не зависит от нагрузки. Преобразователь представляет собой источник, и двигатель можно просто подключить. Следовательно, согласование между преобразователем и нагрузкой не требуется.

    В качестве привода с регулируемым скольжением двигатель VSI имеет следующие дополнительные характеристики:

    Непрямое управление потоком может быть достигнуто за счет управления скольжением.Поскольку в системе управления указаны установившиеся величины, динамическое поведение может быть неудовлетворительным. Возможен точный контроль крутящего момента в широком диапазоне скоростей (иногда вплоть до остановки). Это очень эффективный привод с очень хорошим КПД и коэффициентом мощности, когда частота скольжения ограничена линейной частью кривой крутящий момент-скорость.

    Пусковое оборудование не требуется, возможно очень быстрое ускорение при постоянном крутящем моменте и токе. Регенерация или динамическое торможение также возможно при постоянном крутящем моменте и токе.Возможен четырехквадрантный привод. Регулирование частоты с обратной связью обеспечивает частотно-регулируемый привод, имеющий характеристики двигателя постоянного тока в системе Ward Leonard.

    Характеристики асинхронного двигателя с источником прямоугольного напряжения с инверторным питанием можно резюмировать следующим образом:

    1. Инвертор подает постоянное напряжение переменной амплитуды.

    2. Преимущество для многодвигательного привода.

    3. Коммутация не зависит от нагрузки. Преобразователь и нагрузка не обязательны. Преобразователь представляет собой источник, к которому можно просто подключить двигатель.

    4. В настоящее время возможны выходные частоты преобразователя до 1500 Гц. Этот привод очень хорошо подходит для (двигателей) высокоскоростной работы. Доступны приводы мощностью до 200 кВА.

    5. Самая низкая рабочая частота, ограниченная коммутацией, составляет около 5 Гц. Диапазон скоростей 1:20.

    6. Не подходит для ускорения под нагрузкой и резких изменений нагрузки.

    7. Довольно хорошие динамические характеристики на высоких скоростях.

    8. Возможно динамическое торможение. Для регенерации (четырехквадрантный режим) требуется дополнительный преобразователь, подключенный антипараллельно к линии. Реверс скорости достигается изменением чередования фаз.

    9. Входное напряжение двигателя несинусоидальное. Это приводит к дополнительным потерям, нагреву и пульсации крутящего момента.

    10. Двигатель должен иметь достаточно большую индуктивность рассеяния, чтобы ограничивать пиковые токи и уменьшать содержание гармоник.

    11. Управление двигателем по разомкнутому контуру возможно, но может возникнуть проблема со стабильностью на низких скоростях.

    12. Низкий коэффициент мощности линии из-за регулирования фазы.

    13. Может работать как привод с контролем проскальзывания.

    14. Он находит применение в качестве промышленного привода общего назначения малой и средней мощности.

    Завод асинхронных чугунных двигателей с трехфазным инвертором

    Двигатели серии WVF - трехфазные индукционные. двигатели для инверторного режима, который является одним из типичных двигателей приложения энергосбережения.Расширенный электромагнитный расчет и специальные система изоляции гарантирует, что двигатели подходят для инверторной системы электропитания, например, насосы, вентиляция и компрессоры. Частота двигателя регулируется для изменения скорости, так что выходная мощность может регулироваться в соответствии с с ситуацией. Двигатели с инверторным режимом работают с высокой выходной мощностью при интервалы, снижающие общую стоимость электроэнергии и энергии.

    Wonder начал разработку энергосберегающих электрических двигатели более 3 десятилетий назад, и теперь у нас есть полный спектр IE4, IE3 и IE2 моторы.Электродвигатели Wonder с высоким КПД уже поставлены клиентам по всему миру и получили положительные отзывы от рынков.

    Основные технические характеристики:

    • Размер рамы: 80-355 мм
    • Выходная мощность: 0,37-315 кВт
    • Скорость: 1500, 1000, 750 об / м
    • Поляки: 4, 6, 8
    • Класс защиты: IP55 или выше
    • Класс изоляции: F или выше
    • Метод охлаждения: IC411 / IC416

    Отрасли:

    • Очистка воды
    • Обработка воздуха
    • Сельское хозяйство и аквакультура
    • Химическая и металлургическая промышленность
    • Строительство
    • Инфраструктура
    • Транспорт
    • Складская логистика
    • Продукты питания, напитки и фармацевтика
    • Плавильная промышленность
    • Сталь Растения

    Приложения:

    • Двигатели водяных насосов
    • Химические насосы Двигатели
    • Двигатели для канализационных насосов
    • Погружные насосы Двигатели
    • Компрессоры Двигатели
    • Двигатель вентилятора вентиляции
    • Лифты Моторы
    • Двигатели с гидравлическим давлением
    • Двигатели ветряных турбин
    • Ирригационные двигатели
    • Двигатели воздуходувки
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *