Санкт-Петербург +7 (911) 116-34-45 info@проектис.рф
Краснодар +7 (952) 824-83-38 9111163445@mail.ru

Частотные преобразователи и устройства плавного хода

ПроектИС ООО

Частотные преобразователи и устройства плавного хода

Частотные преобразователи и устройства плавного хода УПП

Немного теории

В системах электропривода в последнее время очень часто стали использовать частотные преобразователи (ЧП), либо софтстартеры (по другому УПП – устройства плавного пуска) Здесь разберем целесообразность их использования и применяемость.

Самые простые, дешевые электродвигатели массово применяемые в электроприводах – это асинхронные двигатели. Двигатель состоит из 2 частей – статора и ротора. В статоре благодаря трехфазной системе питания создается вращающее ротор магнитное поле. Ротор состоит из токопроводящих проводников, замкнутых друг на друга. Вращающееся магнитное поле благодаря индукции создает в роторе ток, а этот ток создает свое магнитное поле. При воздействии друг с другом магнитные поля создают вращающийся момент. В данном типе двигателя отсутствуют электрические соединения между ротором и статором, поэтом такой двигатель прост и дешев относительно других типов электродвигателей.

В силу конструктивных особенностей асинхронные двигатели имеют недостатки:

- Нет поддержки точной частоты вращения

Допустим по каким-то причинам ротор раскручивается до скорости вращения магнитного поля. В таком случае индукция между статором и ротором исчезает и ток. Чем больше разница между скоростью вращения магнитного поля и ротора, тем больше момент вращения. Другими словами, ротор всегда пытается «догнать» вращающее магнитное поле. Поэтому скорость электродвигателя будет варьироваться в пределах 85-95% от скорости вращения магнитного поля статора. Отсюда и применение. Асинхронные двигатели применяются там, где скорость не сильно влияет на привод. Например, насос, вентилятор, бытовые приборы и т.д. Если на табличке электродвигателя написано, например, 2850 об/мин, то эта скорость условная и может варьироваться в зависимости от нагрузки.

- Слабый пусковой момент

При пуске двигателя напрямую, разница между скоростями ротора и вращающего магнитного поля статора будет максимальная, соответственно индукция будет максимальная и дальше соответственно будет максимальный ток ротора. В данном случае происходит побочный эффект магнетизма и огромный ток ротора «размагничивает» статор и поэтому сильно увеличивает пусковой ток статора от питающей сети, но вращающий момент уменьшается. Пусковой ток имеет 5–12 кратность от номинального тока в зависимости от модели двигателя. Данное свойство тоже ограничивает применение асинхронного двигателя. Например, его не рекомендуется ставить на краны, конвейеры, лифты.

- Ограниченность скорости вращения электродвигателя

Скорость вращения электродвигателя прямо зависит от скорости вращения магнитного поля, а оно в свое время зависит от частоты сети, которая является 50Гц. Максимальная скорость электродвигателя будет при наименьшем количестве полюсов статора – это 2 полюса. При 2 полюсах скорость будет приближена к 3000 об/мин. Другими словами максимальная скорость которая может достигнуть двигатель это 2800–2900 об/минуту. При увеличении числа полюсов номинальная скорость будет кратно уменьшаться. При 4 полюсах скорость будет примерно 1450, при 6 полюсах – 950, при 8 полюсах 720 оборотов/минуту. Такая особенность также накладывает ограничение на применении.

устройство асинхронного двигателя

Для управления асинхронным двигателем есть 3 основных способа:

Прямой пуск (контактор), ЧП и УПП.

Для работы с асинхронным двигателем часто используют частотные преобразователи и УПП. Частотные преобразователи на выходе могут менять частоту, тем самым достигается уменьшение пускового тока. В другом случае ЧП могут незначительно повысить по технической необходимости частоту, для повышения максимальной скорости вращения двигателя.

Частотный преобразователь состоит из 2 частей: выпрямитель и инвертор.

Выпрямитель преобразует входной ток с частотой 50 Гц в постоянный, а инвертор в из постоянного тока в переменный с заданной частотой. Достоинства использования ЧП - более плавный пуск - можно выбрать настройками ЧП оптимальную скорость вращения привода (примерно 50-150% от номинала) - имеется возможность (не у всех моделей ЧП) контролировать электрические параметры работы привода. Недостатки использования ЧП - цена. Стоимость ЧП соизмерима со стоимостью самого двигателя - на выходе ЧП не идеальная синусоида, что является источников помех для электронных систем. - применение экранированных кабелей от ЧП да привода. - более габаритное устройство по сравнению с контактором.

Устройства плавного пуска

УПП это более простое устройство чем ЧП. В своем устройстве он имеет тиристоры, которые пропускают не всю синусоиду питающей сети. Для характеристик электродвигателя это то же самое, что и уменьшение напряжения питания. В момент пуска тиристоры пропускают часть напряжения и тем самым достигают уменьшения пускового тока. Но тут надо учесть, что и пусковой момент тоже кратно уменьшается. Данный привод не подойдет к приводам с большим пусковым моментом (конвейер, подъёмные приводы, поршневые насосы и пр.)

Достоинства использования УПП - это цена, дешевле, чем УП.

- Ограничение в использовании на приводы с высоким пусковым моментом.

Недостатки использования УПП

  • - На выходе во время пуска не синусоида (точнее фрагменты синусоиды), что создает помехи электронных систем.
  • - На входе тоже могут создаваться искажения синусоиды, особенно при ограниченном по мощности источником питания (дизель – генератор, либо удаленная сеть электроснабжения)
  • - На некоторых моделях нужна более сложная схема для подключения дополнительного обходного контактора
частотный преобразователь управления асинхронным двигателем

Нужны ли частотные преобразователи ?

При покупке привода любой менеджер будет предлагать ЧП или УПП для привода, так как это увеличивает продажи. Рассмотрим какие доводы использует для обоснования применения ЧП или УПП.

Экономия электроэнергии — до 20%, 30%, 40%

Это является неправдой. Чистой воды маркетинговая уловка. Двигатель, который работает в расчетном, в нормальном режиме потребляет столько же электроэнергии что и при прямом пуске. Например, в ЧП можно поставить скорость вращения 90%. Технически потребление будет меньше, но и мощность двигателя будет меньше. Данное утверждение базируется на том, что во время пуска уменьшается пусковой ток, тем самым и уменьшается и потребляемая мощность, но значения сэкономленной энергии ничтожны.

Защита от ударных нагрузок либо токов.

Тоже является маркетинговой уловкой. Большой пусковой ток у двигателя — это неприятное свойство асинхронного двигателя, но это не критично для сети. Пуск происходит очень кратковременно (0,1-1 секунду). Данные электрические нагрузки спокойно выдерживает сеть и защитное коммутационное оборудование. Ток при пуске большой, но момент пусковой маленький, поэтому ни будет никаких ударных моментов. Максимальный момент у электродвигателя он будет примерно на 50-85% от номинальной скорости. Такой же момент будет присутствовать при ЧП.

Дополнительная защита двигателя

Правдой является частично. Действительно ЧП может контролировать ток и сигнализировать о проблеме. И все. Больше защит нет. При коротком замыкании ЧП обычно сгорает быстрее чем двигатель. У УПП вообще защит нет. Для электрической защиты двигателя используются автоматический выключатель (моторный автомат). Для защиты ЧП по европейским каталогам необходимо ставить предохранители (иначе ЧП снимается с гарантии), потому что для защиты ЧП недостаточно время срабатывания автомата по сравнению с работой предохранителя. Для России производители требование устанавливать предохранители перевели в рекомендации.

Вывод

ЧП и УПП необходимо ставить, только в тех случаях где это необходимо.

  • - Повышенные требования к частоте привода.
  • - Слабый источник электроэнергии (дизель – генератор)
  • - Требования к контролю за током привода

Для простых приводов можно ставить контактор. К простым приводам можно отнести вентиляторы, насосы и т.д. Последнее время появилась тенденция ставить ЧП либо УПП на все двигатели, что является лишним. Будьте бдительны, не поддавайтесь на уловки продавцов.