Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как подключить однофазный двигатель через частотный преобразователь


Преобразователь частоты для однофазного двигателя

Помимо распространенных 3-х фазных асинхронных двигателей, на рынке предлагают однофазные моторы. Чаще всего ими являются насосы и вентиляторы. Самые популярные агрегаты в промышленности и в быту. И тут возникает вопрос? Как же ими управлять и регулировать скорость. Способов великое множество. Но самый эффективный, это когда подключают преобразователь частоты для однофазного двигателя.

Из этой статьи вы узнаете:

Однофазный асинхронный двигатель
Способы подключения мотора
Подключение преобразователя частоты и однофазного двигателя

Всем привет! С вами Гридин Семён, и в этом посте мы поговорим с вами о нюансах управления асинхронными однофазными двигателями. Какой способ управления лучше? Разберём такой вопрос — частотное управление двигателем более подробно.

Однофазный асинхронный двигатель

Наибольшее применение такие моторы нашли в быту и малом бизнесе. Они необходимы там, где нет трёхфазной сети. Мощность их ограничивается лишь частотой сети. Сами по себе аппараты маломощные, в диапазоне от 500 Ватт до 2 килоВатт.

Принцип работы однофазного двигателя заключается в смещении обмоток в пространстве относительно друг друга. Ключевым моментом является сдвиг фазы в обмотках на 120 градусов. Главным «фазосдвигателем» у нас является конденсатор. Как правило, он подключён последовательно в цепи статорной обмотки.

По конструкции моторы могут различаться. Так что, не к любому можно подключить преобразователь частоты, нужно обращать внимание прежде всего на схему подключения обмоток. Двухфазный двигатель с рабочей и пусковой обмоткой точно не сможет запуститься, совсем другой принцип работы. Мы к этому ещё вернёмся...


Способы подключения мотора

А теперь давайте рассмотрим несколько способов подключений:

  • конденсаторный способ;
  • частотный способ;
  • фазовое управление с помощью симистора;

Какой из способов лучше всего? Знаете, всё зависит от задачи, которую нужно решить... А так на вкус и цвет, сами знаете...

Если вы мало знакомы с преобразователем частоты, можете ознакомиться в статье «Чего вы не знаете о преобразователе частоты?»

Конденсаторный способ подключений

Бюджетное подключение трехфазных моторов к однофазной сети. Просто цепляем конденсатор последовательно в цепи обмотки и превращаем аппарат из трехфазного в однофазный. Вот схема:

Сп — пусковой конденсатор, а Ср — рабочий конденсатор. Как подбирать ёмкость в этом случае я расписывать не буду. В просторах интернета есть полно информации по этому поводу.

Фазовое управление с помощью симистора

Это один из самый старых способов управления. Две обмотки двигателя подключаются параллельно, одна из них с конденсатором. К точкам обмоток соединяем симисторный регулятор. Их актуальность, по-моему мнению, ещё не пропала. Лучше всего использовать для не тяжёлых нагрузок (вентиляторы, насосы).

Важно! Учитывайте, что сим. блоки в основном предназначены для активной нагрузки. Так как мотор — это индуктивная нагрузка, поэтому активный ток делим примерно на 10. Если ток активной нагрузки равен 50, то индуктивный будет 5.

На выходе устройства формируется напряжение сетевой частоты 50 Гц и настраивается среднеквадратичное число. Таким образом мы меняем время открытого состояния симистора за период следования напряжения. Единственный недостаток: момент на валу падает относительно снижения напряжения. Вот вам пример Autonics SPK1:

Входы для регулировки скорости универсальные. Сюда можно подключить и потенциометр 1 кОм, и датчик с токовым сигналом 4-20 мА, и напряжение 0-5 В.

Частотный способ

О популярности преобразователя частоты нет смысла говорить. Так как это устройство давно известно всем. Частотный способ является основным в нашем 21 веке. Скорость регулируется с помощью ШИМ-модуляции. Достаточно сложный девайс, требующий отдельной статьи. По входному напряжению существуют как и 380 В, так и 220В. Но что же получается по выходу?

На рынке есть готовые варианты и на однофазный, и на трёхфазный электродвигатель. Просто нужно подобрать схемное решение.

Но, бывают случаи когда ПЧ с однофазным выходом не по карману. Или у вас на полке лежит трёхфазный ПЧ. Давайте рассмотрим вариант подключения мотора к преобразователю частоты.

Подключение преобразователя частоты и однофазного двигателя

В такой схеме есть ряд существенных недостатков:

  1. Запуск двигателя происходит при минимальной частоте 30 Гц;
  2. Частоту ниже 30 Гц можно регулировать, но не рекомендуется, очень вредно для движка;
  3. Есть нюанс с настройкой пускового напряжения, требуется немного загрублять параметр;

Для решения вопроса с подключением двух устройств поможет нам обычный дроссель. Катушка индуктивности поможет нам подавить ёмкость в схеме, таким образом давая возможность частотнику спокойно подавать синусоиду на движок. Да, вот схема:

Всё элементарно, правда. Видео, к сожалению не сохранилось. Выкладываю фото с ПЧ Eaton и однофазным насосом.

Производителей ПЧ в мире очень много. Поэтому из настроек я могу направить вас примерно и в общих чертах, если будут возникать проблемы с подключениями. Основная мысль заключается в том, что при пуске двигателя минимальное напряжение и частоту поднять вверх. Но делать это нужно осторожно и аккуратно, есть шанс спалить мотор.

И еще рекомендую ограничить минимальную частоту на 30 Гц, чтобы не допустить запуска вхолостую и перегрева.  Двигатель начинает сильно греться, при пуске на низких частотах.

На этом у меня всё, друзья...

Мне очень нравится кататься на велосипеде. Ещё больше — модернизировать, добавлять что-то новое и интересное. Я совсем недавно в просторах интернета нашёл комплект электромотора для заднего колеса. Комплекты существуют, как и для переднего колеса, так и для заднего:

Загорелся идеей поставить и на свой велобайк. Может кто сталкивался? Кто-то ставил? Хочу увидеть ваше мнение... Пишите в комментариях.

Надеюсь моя статья помогла вам определиться с выбором подключения однофазного двигателя? Если что-то не дописал, напишите в комментариях, исправлю...)

P.S. Небольшой анонс следующей статьи:

Широкая доступность фотоустройств породила новую проблему — потребность в эффективных инструментах цифрового монтажа. На этом рынке традиционно доминирует профессиональный графический пакет Adobe Photoshop. Но, не стоит ограничивать свой кругозор только им. Существует огромное количество достойных фоторедакторов, покрывающих 90% повседневных нужд фотографов-любителей.

Спасибо за то, что читаете мои статьи! Всего вам доброго!!

С уважением, Гридин Семён

 

Однофазный асинхронный двигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель представляет собой асинхронный электродвигатель, который работает от однофазной сети переменного тока без использования преобразователя частоты и который в базовом режиме работы (после запуска) использует только одну обмотку (фазу). статора.

Сплитфазный двигатель - это однофазный асинхронный двигатель, имеющий вспомогательную (пусковую) обмотку на статоре, смещенную от основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Конструкция однофазного асинхронного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор является вращающейся частью электродвигателя, статор является неподвижной частью электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора. Construction of a single-phase motor

Основные части однофазного асинхронного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90 ° относительно друг друга.Основная (рабочая) обмотка обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически двухфазный, но поскольку после запуска работает только одна обмотка, электродвигатель называется однофазным.

Ротор обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, также называемую «короткозамкнутой клеткой» из-за сходства. Чьи медные или алюминиевые стержни закрыты кольцами на концах, а пространство между стержнями часто заполнено алюминиевым сплавом.Ротор однофазного двигателя также может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Windings of single-phase motor

Однофазный асинхронный двигатель со вспомогательной обмоткой имеет две обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотках.

Induction motor windings

Анализ корпуса с двумя обмотками, имеющими один оборот

Рассмотрим случай, когда ток не течет во вспомогательной обмотке.При включении основной обмотки статора переменный ток, проходящий через обмотку, создает пульсирующее магнитное поле, стационарное в пространстве, но колеблющееся от + Ф макс. до -Ф макс. .

Старт

Стоп

Pulsating magnetic field

Колеблющееся магнитное поле

Если вы поместите короткозамкнутый ротор с начальным вращением в флуктуирующее магнитное поле, он продолжит вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип работы однофазного асинхронного двигателя, мы разделяем флуктуирующее магнитное поле на два одинаковых вращающихся поля с амплитудой, равной Ф макс. /2 и вращающихся в противоположных направлениях с одинаковой частотой:

,

  • где n f - скорость вращения магнитного поля в прямом направлении, об / мин,
  • n r - скорость вращения магнитного поля в обратном направлении, об / мин,
  • f 1 - частота тока статора, Гц,
  • - число пар полюсов,
  • n 1 - скорость вращения магнитного потока, об / мин

Старт

Стоп

The decomposition of the fluctuating magnetic field

Разложение флуктуирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие флуктуирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай, когда ротор в флуктуирующем магнитном потоке имеет начальное вращение.Например, мы вручную вращали вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к электросети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать крутящий момент, поскольку ротор скольжения относительно прямого и обратного магнитного потока будет неравным.

Предположим, что прямой магнитный поток Ф f вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф r в противоположном направлении. Поскольку скорость вращения ротора n 2 меньше скорости вращения магнитного потока n 1 , то скольжение ротора относительно потока Ф f будет:

,

  • где s f - скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
  • n 2 - частота вращения ротора,
  • с асинхронным двигателем скольжения
Single-phase motor magnetic field

Прямой и обратный вращающийся магнитный поток вместо флуктуирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф r вращается против вращения ротора, скорость вращения ротора n 2 относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф r

,

  • , где s r - скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Старт

Magnetic field penetrating the rotor

Стоп

Rotating magnetic field

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор

The current of induction motor rotor

Ток, индуцированный в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции, магнитные потоки прямого Ф f и обратного Ф r , генерируемые обмоткой статора, индуцируют ЭДС в обмотке ротора, которая, соответственно, в короткозамкнутом роторе генерирует токи I 2f. а я .Частота тока в роторе пропорциональна скольжению, поэтому:

,

  • где f 2f - частота тока I 2f , индуцированного прямым магнитным потоком, Гц

,

  • где f 2r - частота тока I 2r , индуцированного обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, когда ротор вращается, электрический ток I 2r , индуцированный обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f 2r , намного превышающую частоту f 2f тока ротора I 2f индуцируется передним полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f 1 = 50 Гц при n 1 = 1500 и n 2 = 1440 об / мин,

скольжения ротора относительно прямой магнитный поток s f = 0,04;
частота тока, индуцированного прямым магнитным потоком f 2f = 2 Гц;
проскальзывание ротора относительно обратного магнитного потока а с р = 1,96;
частота тока, индуцированного обратным магнитным потоком f 2r = 98 Гц

Magnetic torque acting on the rotor

Согласно закону Ампера, крутящий момент возникает в результате взаимодействия электрического тока I 2f с магнитным полем F f

,

  • где M f - магнитный момент, создаваемый прямым магнитным потоком, Н, м,
  • с М - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I 2r , взаимодействуя с магнитным полем Ф r , создает тормозной момент M r , направленный против вращения ротора, то есть в противоположность моменту M f :

,

  • , где M r - магнитный момент, создаваемый обратным магнитным потоком, Н 900 м

Результирующий крутящий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

,

Примечание: В связи с тем, что во вращающемся роторе прямое и обратное магнитное поле будет индуцировать ток различной частоты, крутящие моменты, действующие на ротор в разных направлениях, не будут одинаковыми.Следовательно, ротор будет продолжать вращаться в флуктуирующем магнитном поле в направлении, в котором он имел начальное вращение.

Эффект торможения обратного поля

Когда однофазный двигатель работает в пределах номинальной нагрузки, то есть при малых значениях скольжения s = s f , крутящий момент создается в основном за счет крутящего момента M f . Эффект торможения от крутящего момента обратного поля M r незначительный. Это связано с тем, что частота f 2r значительно выше частоты f 2f , поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора а х 2r = x 2 с r к току У меня намного больше, чем у него активное сопротивление.Поэтому ток I 2r , имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф r , значительно ослабляя его.

,

  • где r 2 - сопротивление стержней ротора, Ом,
  • x 2r - реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности мал, то станет понятно, почему M r под нагрузкой двигателя не оказывает существенного тормозного воздействия на ротор однофазного двигателя.

Torques acting on the fixed rotor

При одной фазе ротор не может быть запущен.

Torques acting on the rotating rotor

Ротор с начальным вращением будет продолжать вращаться в поле, создаваемом однофазным статором

Действие флуктуирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n 2 = 0) скольжение s f = s r = 1 и M f = M r , поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя M f = 0.Чтобы создать пусковой момент, необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, равенство моментов М f и М r нарушается, и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение M = M f - M r ≠ 0.

Запуск однофазного асинхронного двигателя. Как создать начальный поворот?

Одним из способов создания пускового крутящего момента в однофазном асинхронном двигателе является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, которая смещена в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A под углом 90 электрических градусов.Для того чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле, токи I A и I B в обмотках должны быть не в фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I A и I B вспомогательная (пусковая) обмотка B подключена к фазосдвигающему элементу, который представляет собой сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор). [1].

После того, как ротор двигателя ускоряется до скорости вращения, близкой к постоянной, пусковая обмотка B отключается.Вспомогательная обмотка отключается либо автоматически с помощью центробежного переключателя, реле задержки времени, тока или дифференциального реле, либо вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время запуска однофазный асинхронный двигатель работает как двухфазный, а после запуска - как однофазный.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Сопротивление пуска асинхронного двигателя

Сопротивление пуска Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным сопротивлением.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting resistance

Омический фазовый сдвиг, бифилярная пусковая обмотка

Single phase motor with different winding resistance

Различное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного асинхронного двигателя вы можете использовать пусковой резистор, который последовательно подключен к пусковой обмотке. В этом случае можно добиться сдвига фаз на 30 ° между токами главной и вспомогательной обмоток, чего вполне достаточно для запуска двигателя.В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется различным комплексным сопротивлением цепей.

Кроме того, фазовый сдвиг можно создать с помощью пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Для этого пусковая обмотка выполняется с меньшим числом витков и с использованием более тонкой проволоки, чем в основной обмотке.

Пусковой конденсаторный асинхронный двигатель

Конденсаторный запуск Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting capacitor

Емкостный фазовый сдвиг с пусковым конденсатором

Для достижения максимального пускового крутящего момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого необходимо, чтобы токи в основной и вспомогательной обмотках были смещены относительно друг друга на 90 °. Использование резистора или дросселя в качестве элемента, сдвигающего фазу, не обеспечивает требуемого сдвига фаз. Только включение конденсатора определенной емкости позволяет сдвиг фазы на 90 °.

Среди фазосдвигающих элементов только конденсатор позволяет достичь наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели, в цепи которых постоянно включенный конденсатор, используют две фазы для работы и называются конденсаторными. Принцип работы этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами представляет собой двухфазный двигатель, в котором вспомогательная обмотка замкнута накоротко.

Статор однофазного асинхронного двигателя с заштрихованными полюсами обычно имеет выступающие полюса. Каждый полюс статора разделен на две неравные секции осевой канавкой. Меньшая часть полюса имеет короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с заштрихованными полюсами закорочен в виде короткозамкнутого сепаратора.

Когда однофазная обмотка статора включена в электрическую сеть, в магнитной цепи двигателя создается флуктуирующий магнитный поток.Одна часть которого проходит через затененный Ф ', а другая Ф' вдоль затененного участка полюса. Поток Ф 'вызывает короткое замыкание ЭДС E k , в результате чего ток I k отстает от E В фазе к из-за индуктивности катушки. Ток I к создает магнитный поток Ф к , направленный противоположно Ф ", создавая результирующий поток в затененном участке полюса Ф с = Ф" + Ф к . Таким образом, в двигателе потоки затененных и незатененных участков полюса смещаются во времени на определенный угол.

Пространственные и временные углы сдвига между потоками Ф с и Ф 'создают условия для появления вращающегося эллиптического магнитного поля в двигателе, начиная с Ф с ≠ Ф'.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя низкие. КПД намного ниже, чем у асинхронных двигателей с пусковым конденсатором той же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутой катушке.

Single-phase induction motor with asymmetrical stator

Статор такого однофазного двигателя выполнен с выступающими полюсами на несимметричном многослойном сердечнике.Ротор имеет короткозамкнутую обмотку.

Этот двигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком этого мотора является низкий КПД.

Также прочитайте

.

Как использовать VFD для однофазного двигателя?

Использование VFD для регулирования скорости двигателя имеет много преимуществ. Многие маломощные двигатели используют однофазный источник питания. Как использовать VFD для контроля скорости для однофазных двигателей? АТО предоставит следующие методы.

I. Текущая ситуация однофазного двигателя
Механическое оборудование с однофазным источником питания обычно использует двигатель переменного тока мощностью менее 1,5 кВт. Кроме того, большинство из них используют однофазный двигатель с пусковой емкостью, в то время как другие несколько единиц оборудования используют однофазный двигатель с емкостной емкостью.Когда используется однофазный двигатель с пусковой емкостью, при запуске центробежный выключатель замыкается, а затем пусковая емкость подключается. Когда скорость двигателя достигает около 75% от номинальной скорости, центробежный выключатель отключается. Начальный крутящий момент примерно в 2,4 раза больше номинального крутящего момента. Импульсный ток примерно в 7 раз превышает номинальный ток. При таком методе импульсный ток велик, механический удар велик, пусковой крутящий момент велик и скорость не может регулироваться.При использовании однофазного двигателя с емкостным управлением центробежный выключатель отсутствует. Рабочая емкость подключена в течение длительного периода. Этот двигатель имеет небольшой пусковой момент, который обычно составляет 3/5 от номинального крутящего момента. Поэтому он подходит только для нагрузок с мягкими характеристиками, таких как воздуходувка и водяной насос и так далее. Существуют также другие двигатели с однофазной рабочей емкостью, для которых увеличение рабочей емкости может увеличить пусковой крутящий момент. Тем не менее, пусковой ток примерно в 6 раз превышает номинальный ток, и он имеет механический удар.В однофазном двигателе с емкостным питанием используется метод регулирования напряжения для изменения коэффициента скольжения двигателя. Он также может реализовывать бесступенчатое регулирование скорости. Однако такой метод имеет плохой эффект. Скорость не может быть стабилизирована. Его характеристика крутящего момента тоже плохая. Использование ЧРП позволяет однофазному оборудованию обладать хорошими характеристиками бесступенчатого регулирования скорости.

II. Методы с использованием VFD для однофазного двигателя

  1. Пусть однофазный двигатель работает как двухфазный двигатель
    Устраните пусковую или рабочую емкость однофазного двигателя и устраните центробежный переключатель, пусть однофазный двигатель работает как двухфазный двигатель.Основная обмотка и вторичная обмотка двигателя осуществляются с помощью регулятора скорости через ЧРП. В однофазном двигателе фаза вторичной обмотки продвигается на 90 ° по сравнению с основной обмоткой, в результате чего двигатель образует круглый вращающийся полет и имеет отличные характеристики двигателя. ЧРП инвертирует высокое напряжение постоянного тока через восемь силовых устройств. Четыре силовых устройства инвертированы в переменную частоту переменного тока для возбуждения главной обмотки. Остальные четыре силовых устройства инвертированы в фазоиндикатор 90 ° переменного тока для возбуждения вторичной обмотки.Общая частота контролируется цепью предусилителя синхронно (как показано ниже). Такой VFD имеет хорошие показатели. Это может заставить двухфазный двигатель вращаться под круглым полем точно. Пусковой и рабочий крутящий момент двигателя определяется постоянным напряжением главной и вторичной обмоток, и ЧРП может устанавливать эти напряжения. ЧРП позволяет двухфазному двигателю работать при мягком пуске или плавном отключении без удара, благодаря чему достигаются хорошие характеристики пускового момента.Недостатком является то, что стоимость VFD высока для использования восьми устройств питания.
  2. Использование однофазного VFD
    Однофазный двигатель нельзя просто подключить к VFD. Поскольку центробежный выключатель не может осуществлять бесступенчатое регулирование скорости, его необходимо устранить. Пусковая и рабочая емкость не могут выдержать высокочастотную несущую ЧРП. При высокой частоте емкость легко нагревается или разрушается. Рабочая емкость в однофазном двигателе оборудована для того, чтобы вторичная обмотка была выдвинута на 90 ° от основной обмотки.Такая конфигурация проводится при частоте питания 50 Гц. Емкость емкости связана с частотой питания. Следовательно, рабочая емкость не может обеспечить требование исходного фазового сдвига на 90 ° из-за изменения частоты питания. Мы должны решить вышеупомянутые проблемы, чтобы применить однофазный VFD в однофазном двигателе с емкостной емкостью. Применение однофазного ЧРП должно уменьшить несущую частоту, устранить высокочастотную несущую или гармоническую волну, чтобы уменьшить опасность, связанную с рабочей емкостью.В однофазном двигателе с рабочей емкостью в рабочей емкости не должен использоваться электролитический конденсатор. Вместо этого следует принять высококачественную фиксированную емкость с высокой частотной выносливостью. Таким образом, может быть применен однофазный VFD (как показано ниже). Применение однофазного ЧРП имеет низкую стоимость. Однако, из-за наличия емкости, он не может достичь глубоких характеристик двухфазного двигателя в принципе. Тем не менее, он экономичен и практичен, сочетая его хорошее применение при нормальной легкой нагрузке, имеет практические ценности.

См. Следующую видеоинструкцию по подключению ATO VFD для однофазного двигателя

В гражданских случаях, однофазный источник питания должен быть принят. После использования ЧРП двигатель может осуществлять бесступенчатое регулирование скорости, что позволяет повысить производительность. Это выгодно не только для качества работы, но и для экономии энергии. Различные ЧРП с однофазным источником питания 220 В имеют более низкую стоимость, чем ЧРП с трехфазным напряжением 380 В, поэтому они относительно экономичны.
Теперь вы можете приобрести VFD ATO для однофазного двигателя, однофазный VFD мощностью 1 л.с., однофазный VFD мощностью 2 л.с., однофазный VFD мощностью 5 л.с. ...

,

Что такое преобразователь частоты? Как это устроено?

Работа с переменной частотой была в форме генератора переменного тока с момента появления асинхронного двигателя. Измените скорость вращения генератора, и вы измените его выходную частоту. До появления высокоскоростных транзисторов это был один из немногих доступных вариантов изменения скорости двигателя, однако изменения частоты были ограничены, поскольку снижение скорости генератора снижало выходную частоту, но не напряжение. Мы увидим, почему это важно немного позже.В нашей отрасли применение насосов с регулируемой скоростью было намного сложнее в прошлом, чем сегодня. Одним из более простых методов было использование многополюсного двигателя, который был намотан таким образом, чтобы переключатель (или переключатели) мог изменять количество полюсов статора, которые были активны в любой момент времени. Скорость вращения может быть изменена вручную или с помощью датчика, подключенного к переключателям. Во многих приложениях с переменным расходом все еще используется этот метод. Примеры включают циркуляционные насосы для горячей и охлажденной воды, насосы для бассейнов, а также вентиляторы и насосы градирниНекоторые бытовые дожимные насосы использовали системы жидкостного или переменного ременного привода (своего рода автоматическая коробка передач) для изменения скорости насоса на основе обратной связи от мембранного клапана давления. И некоторые другие были еще более сложными.

Основываясь на обручах, через которые нам приходилось прыгать в прошлом, становится совершенно очевидно, почему появление современного преобразователя частоты произвело революцию (еще один каламбур) в среде с переменной скоростью накачки. Все, что вам нужно сделать сегодня, - это установить относительно простую электронную коробку (которая часто заменяет более сложное пусковое оборудование) на месте применения, и внезапно вы можете, вручную или автоматически, изменить скорость насоса по своему желанию.

Итак, давайте посмотрим на компоненты преобразователя частоты и посмотрим, как они на самом деле работают вместе, чтобы изменять частоту и, следовательно, скорость двигателя. Я думаю, вы будете поражены простотой этого процесса. Все, что потребовалось, это созревание твердотельного устройства, которое мы знаем как транзистор.

Компоненты преобразователя частоты

Выпрямитель
Поскольку в режиме переменного тока сложно изменить частоту синусоидальной волны переменного тока, первой задачей преобразователя частоты является преобразование волны в постоянный ток.Как вы увидите чуть позже, DC довольно легко манипулировать, чтобы он выглядел как AC. Первым компонентом всех преобразователей частоты является устройство, известное как выпрямитель или преобразователь, и оно показано слева на рисунке ниже.

Выпрямительная схема преобразует переменный ток в постоянный и делает это во многом аналогично зарядному устройству или сварочному аппарату. Он использует диодный мост, чтобы ограничить движение синусоиды переменного тока только в одном направлении. Результатом является полностью выпрямленная форма волны переменного тока, которая интерпретируется схемой постоянного тока как собственная форма волны постоянного тока.Трехфазные преобразователи частоты принимают три отдельные входные фазы переменного тока и преобразуют их в один выход постоянного тока. Большинство трехфазных преобразователей частоты также могут принимать однофазное питание (230 В или 460 В), но, поскольку имеется только два входных плеча, выход преобразователей частоты (HP) должен быть уменьшен, поскольку производимый постоянный ток уменьшается пропорционально. С другой стороны, настоящие однофазные преобразователи частоты (те, которые управляют однофазными двигателями) используют однофазный вход и создают выход постоянного тока, который пропорционален входу.

Существует две причины, по которым трехфазные двигатели более популярны, чем их однофазные счетчики, когда речь идет о работе с переменной скоростью. Во-первых, они предлагают гораздо более широкий диапазон мощности. Но не менее важна их способность самостоятельно начать вращение. С другой стороны, однофазный двигатель часто требует вмешательства извне, чтобы начать вращение. В этом случае мы ограничимся обсуждением трехфазных двигателей, используемых на трехфазных преобразователях частоты.

Шина постоянного тока
Второй компонент, известный как шина постоянного тока (показан в центре иллюстрации), не виден и во всех преобразователях частоты, поскольку он не вносит непосредственный вклад в работу с переменной частотой.Но это всегда будет в высококачественных преобразователях частоты общего назначения (изготовленных специализированными производителями преобразователей частоты). Не вдаваясь в подробности, шина постоянного тока использует конденсаторы и катушку индуктивности для фильтрации «пульсирующего» напряжения переменного тока от преобразованного постоянного тока до его входа в секцию инвертора. Он также может включать фильтры, которые препятствуют гармоническим искажениям, которые могут возвращаться в источник питания, питающий преобразователь частоты. Прежние преобразователи частоты и некоторые преобразователи частоты для конкретных насосов требуют отдельных сетевых фильтров для выполнения этой задачи.

Инвертор
Справа от иллюстрации "кишки" преобразователя частоты. Инвертор использует три набора высокоскоростных переключающих транзисторов для создания «импульсов» постоянного тока, которые эмулируют все три фазы синусоидальной волны переменного тока. Эти импульсы определяют не только напряжение волны, но и ее частоту. Термин инвертор или инверсия означает «разворот» и просто относится к движению вверх и вниз генерируемой формы волны. Современный преобразователь частоты использует технику, известную как «широтно-импульсная модуляция» (ШИМ), для регулирования напряжения и частоты.Мы рассмотрим это более подробно, когда посмотрим на выход инвертора.

Другой термин, с которым вы, вероятно, сталкивались при чтении литературы или рекламы преобразователя частоты, - «IGBT». IGBT относится к «изолированному затвору, биполярному транзистору», который является переключающим (или пульсирующим) компонентом инвертора. Транзистор (который заменил вакуумную трубку) выполняет две функции в нашем электронном мире. Он может действовать как усилитель и усиливать сигнал, как это происходит в радио или стерео, или он может действовать как переключатель и просто включать и выключать сигнал.IGBT - это просто современная версия, которая обеспечивает более высокие скорости переключения (3000 - 16000 Гц) и снижает тепловыделение. Более высокая скорость переключения приводит к повышению точности эмуляции волны переменного тока и снижению слышимого шума двигателя. Снижение генерируемого тепла означает меньшие теплоотводы и, следовательно, меньшую занимаемую площадь преобразователя частоты.

Выход инвертора
На рисунке справа показана форма волны, генерируемая инвертором ШИМ-преобразователя частоты, по сравнению с синусоидальной волной переменного тока.Выход инвертора состоит из серии прямоугольных импульсов с фиксированной высотой и регулируемой шириной. В этом конкретном случае есть три набора импульсов - широкий набор в середине и узкий набор в начале и конце как положительной, так и отрицательной частей цикла переменного тока. Сумма площадей импульсов равна эффективному напряжению настоящей волны переменного тока (мы обсудим эффективное напряжение через несколько минут). Если вы отрежете части импульсов выше (или ниже) истинной волны переменного тока и используете их для заполнения пробелов под кривой, вы обнаружите, что они почти идеально совпадают.Таким образом, преобразователь частоты контролирует напряжение, поступающее на двигатель.

Сумма ширины импульсов и пробелов между ними определяет частоту волны (следовательно, ШИМ или широтно-импульсную модуляцию), видимую двигателем. Если бы импульс был непрерывным (то есть без пробелов), частота все равно была бы правильной, но напряжение было бы намного больше, чем у истинной синусоидальной волны переменного тока. В зависимости от требуемого напряжения и частоты преобразователь частоты будет изменять высоту и ширину импульса и ширину пробелов между ними.Хотя внутренности, которые выполняют это, являются относительно сложными, результат элегантно прост!

Теперь, некоторые из вас, вероятно, задаются вопросом, как этот «поддельный» переменный ток (фактически постоянный ток) может приводить в действие асинхронный двигатель переменного тока. В конце концов, разве не требуется переменный ток, чтобы «вызвать» ток и соответствующее ему магнитное поле в роторе двигателя? Ну, переменный ток вызывает индукцию естественно, потому что он постоянно меняет направление. DC, с другой стороны, не делает этого, потому что он обычно неподвижен после активации цепи.Но DC может индуцировать ток, если он включен и выключен. Для тех из вас, кто достаточно стар, чтобы помнить, автомобильные системы зажигания (до появления твердотельного зажигания) имели набор точек в распределителе. Цель этих пунктов состояла в том, чтобы «подать» энергию от аккумулятора на катушку (трансформатор). Это вызвало заряд в катушке, который затем увеличил напряжение до уровня, который позволял бы зажигать свечи зажигания. Широкие импульсы постоянного тока, показанные на предыдущем рисунке, на самом деле состоят из сотен отдельных импульсов, и именно это включение и выключение выходного сигнала инвертора обеспечивает индукцию через постоянный ток.

Эффективное напряжение
Мощность переменного тока является довольно сложной величиной, и неудивительно, что Эдисон почти выиграл битву за то, чтобы сделать DC стандартом в США. К счастью, для нас все его сложности были объяснены, и все, что нам нужно сделать, это следовать правилам, которые были изложены до нас.

Одним из атрибутов, которые делают комплекс переменного тока, является то, что он непрерывно меняет напряжение, переходя от нуля к некоторому максимальному положительному напряжению, затем обратно к нулю, затем к некоторому максимальному отрицательному напряжению и затем снова к нулю.Как определить фактическое напряжение, приложенное к цепи? Слева изображена синусоида 60 Гц, 120 В. Обратите внимание, однако, что его пиковое напряжение составляет 170 В. Как мы можем назвать это волной 120 В, если ее фактическое напряжение составляет 170 В? В течение одного цикла он начинается с 0 В и поднимается до 170 В, затем снова падает до 0. Он продолжает падать до –170, а затем снова повышается до 0. Оказывается, что площадь зеленого прямоугольника, верхняя граница которого составляет 120 В, равна к сумме площадей под положительными и отрицательными частями кривой.Может ли 120 В быть средним? Что ж, если бы вы усреднили все значения напряжения в каждой точке цикла, результат был бы примерно 108 В, так что ответ не должен быть. Почему тогда значение, измеренное VOM, составляет 120 В? Это связано с тем, что мы называем «эффективное напряжение».

Если бы вы измеряли тепло, вырабатываемое постоянным током, протекающим через сопротивление, вы бы обнаружили, что оно больше, чем выделяемое эквивалентным переменным током. Это связано с тем, что переменный ток не поддерживает постоянное значение на протяжении всего своего цикла.Если вы сделали это в лаборатории, в контролируемых условиях, и обнаружили, что определенный постоянный ток генерирует повышение температуры на 100 градусов, его эквивалент переменного тока даст увеличение на 70,7 градуса, или всего 70,7% от значения постоянного тока. Следовательно, эффективное значение переменного тока составляет 70,7% от постоянного тока. Оказывается также, что эффективное значение напряжения переменного тока равно квадратному корню из суммы квадратов напряжения на первой половине кривой. Если пиковое напряжение равно 1, и вы должны были измерить каждое из отдельных напряжений от 0 до 180 градусов, эффективное напряжение будет равно 0.707 пикового напряжения. 0,707 раз пиковое напряжение 170, которое видно на иллюстрации, равно 120 В. Это эффективное напряжение также известно как среднеквадратичное или среднеквадратичное напряжение. Отсюда следует, что пиковое напряжение всегда будет 1,414 от действующего напряжения. 230 В переменного тока имеет пиковое напряжение 325 В, в то время как 460 имеет пиковое напряжение 650 В. Мы увидим влияние пикового напряжения чуть позже.

Ну, я, вероятно, говорил об этом дольше, чем необходимо, но я хотел, чтобы вы получили представление об эффективном напряжении, чтобы вы поняли иллюстрацию ниже.В дополнение к изменяющейся частоте преобразователь частоты также должен изменять напряжение, даже если напряжение не имеет никакого отношения к скорости, на которой работает двигатель переменного тока.

На рисунке показаны две синусоидальные волны 460 В переменного тока. Красный - это кривая 60 Гц, а синий - 50 Гц. Оба имеют пиковое напряжение 650 В, но 50 Гц намного шире. Вы можете легко увидеть, что область под первой половиной (0 - 10 мс) кривой 50 Гц больше, чем область первой половины (0 - 8,3 мс) кривой 60 Гц.И, поскольку площадь под кривой пропорциональна эффективному напряжению, его эффективное напряжение выше. Это увеличение эффективного напряжения становится еще более значительным с уменьшением частоты. Если бы двигателю 460 В разрешалось работать при этих более высоких напряжениях, его срок службы мог бы быть существенно уменьшен. Следовательно, преобразователь частоты должен постоянно варьировать «пиковое» напряжение относительно частоты, чтобы поддерживать постоянное эффективное напряжение. Чем ниже рабочая частота, тем ниже пиковое напряжение и наоборот.Именно по этой причине двигатели 50 Гц, используемые в Европе и некоторых частях Канады, рассчитаны на 380В. Видите, я говорил вам, что кондиционер может быть немного сложным!

Теперь вы должны хорошо понимать работу преобразователя частоты и то, как он управляет скоростью двигателя. Большинство преобразователей частоты предоставляют пользователю возможность устанавливать скорость двигателя вручную с помощью многопозиционного переключателя или клавиатуры или использовать датчики (давление, расход, температура, уровень и т. Д.) Для автоматизации процесса.

.

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020