Управление электроприводом методом асинхронно-вентильного каскада

метод асинхронно-вентильного каскада

image

В наши дни в промышленности распространен электропривод, управляемый методом асинхронно-вентильного каскада. Применение электропривода необходимо при регулировании скорости в небольших диапазонах с невысокой точностью. Поэтому сочетание асинхронного электродвигателя с валом, на который подаётся ровная нагрузка, изменяемая в небольших пределах, считается оптимальным и используется повсеместно в насосах, компрессорах и вентиляторах.

Это во многом обуславливает применение АВК, т.к. это одна из самых экономичных систем регулирования электропривода с переменным током. Так как преобразуется только часть энергии потребляемой системой, энергией скольжения. В некоторых случаях выставленная мощность преобразователя асинхронно вентильного каскада прямо пропорциональна глубине регулирования и равна части мощности электропривода.

Из основных недостатков стоит выделить:

Низкий коэффициент общей мощности

Высокое потребление реактивной мощности в верхних скоростных диапазонах

Регулировка скорости в каскадных схемах асинхронного электродвигателя осуществляется при помощи встречной добавочной электродвижущей силы, которая меняется при увеличении или уменьшения угла открывания тиристорных транзисторов инвертора, в его рабочую цепь.

Если добавочная электродвижущая сила равна = 0, то ток ротора зависит лишь от ЭДС обмотки и ее параметров. При добавлении ЭДС в рабочую цепь ротора, некоторая часть энергии скольжения потребляется самим источником электродвижущей силы.

При этом энергия на обмотках ротора уменьшается, что приводит к падению тока на роторе, а это в свою очередь ведет к уменьшению момента на самом электродвигателе. Момент на двигателе становится меньше статического момента нагрузки, скорость падает при этом увеличивая скорость скольжения, а следовательно и электродвижущую силу ротора. К увеличению тока ротора и момента на двигателе приводит увеличение электродвижущей силы.

Когда статический момент снова сравняется с развиваемым моментом на электродвигателе, он перестанет замедляться и будет продолжать работать в этом режиме, но при скорости более низкой чем ранее. Отсюда следует, что при увеличении добавочной электродвижущей силы в роторе, угловая скорость электродвигателя падает, а при уменьшении – растет. При добавочной ЭДС = 0, электродвигатель начинает работать на характеристике, близкой к естественной механической.

Однако, метод управления предложенный выше, сильно уступает по совокупности параметров прямому частотному регулированию, в котором участвует частотный преобразователь Веспер. Современные устройства регулирования практически лишены недостатков и имеют многие неоспоримые выгоды: это и экономия энергии за счет плавного регулирования момента, без инерционный старт и остановка двигателя независимо от качества нагрузки, рекуперация энергии электродвигателя и выдача ее в электросеть, меньший износ деталей двигателя без скачков и рывков, и наконец, общее КПД более +5%.

Частотные преобразователи бывают нескольких типов, часть из которых универсальна и работает как с обычными, так и с асинхронными двигателями. Область применения универсальна благодаря дополнительным модулям расширения. Можно с легкостью перенастроить рабочий процесс, практически не прерывая его.

Управление электроприводом методом асинхронно-вентильного каскада

Наиболее популярен для систем вентиляции частотный преобразователь Lenze благодаря хорошим техническим показателям, своей надежности и простоте его монтажа в различные системы вентиляции и кондиционирования. Вместе с этим широко применяется *частотный преобразователь lenze* имеющий широкий диапазон регулировок и высокую совместимость с различными моделями электродвигателей. Векторное управление дает возможность тонко настраивать рабочую частоту и момент, точно поддерживая его на заданном уровне. В любом случае, при выборе частотного преобразователя стоит снять все технические характеристики используемого электродвигателя, для правильного подбора частотника по запасу мощности и габаритам.

Использование преобразователей частоты в различных сферах жизнедеятельности

Использование преобразователей частоты в различных сферах жизнедеятельности человека

На многих предприятиях и различных сферах ЖКХ, используется оборудование прошлых поколений, которое можно значительно улучшить путем внедрения частотных преобразователей. Уменьшить износ оборудования и магистралей, увеличить качество продукции, сэкономить электроэнергию и в целом увеличить КПД до 5% позволяет внедрение частотных преобразователей в управление электрическими двигателями.

Ключом к эффективности применения частотников в насосном оборудовании является динамическое изменения скорости работы двигателя при постоянной нагрузке. При этом можно эффективно отрабатывать закачку воды как при сильных нагрузках в утреннее и вечернее время, так и при минимальных в праздники, выходные и т.п. Уменьшается риск разрыва магистрали от скачкообразных волновых эффектов при регулировании заслонками и включениями-выключениями.

Для силовых приводов подъемных механизмов – внедрение преобразователей частоты имеет некоторые особенности. К электроприводу в лифте применяются особо строгие нормы и специфические требования по сравнению с другими сферами использования частотных преобразователей. Прежде всего это связано с обеспечением плавности хода кабины как вниз, так и вверх, а так же её остановки. Кроме этого загруженность вала электродвигателя постоянно меняется в зависимости от числа пассажиров или количества перевозимого груза, что должно вызывать незамедлительный отклик в режиме работы преобразователя напряжения. Из-за высоких требований безопасности система управления подъемным механизмом должна включать многоступенчатые виды защиты от широкого списка сбоев и перегрузок, а так же прочих внештатных ситуаций.

Все выдвигаемые требования имеет преобразователь частоты Delta Electronics из серии С2000, которая проектировалась специально для использования в подъемниках и лифтах. Вся система преобразователя частоты управляется высокопроизводительной логикой под управлением 32-битного процессора. Для управления напряжением используется самая современная векторная система управления через цепь обратной связи. Эта система в состоянии обеспечивать управление работой электродвигателя следующими способами

- частотно регулируемая корректировка

- управления моментом вращения вала

- бездатчиковое векторное управление

Управление скоростью вращения вала электропривода с высокой точностью гарантирует плавность хода кабины и гарантирует комфорт и безопасность.

Хорошо известна система измерения веса в полу кабины лифта, которая обеспечивает управление приводными и вспомогательными механизмами лифта для удобства пассажиров. Однако, нередко датчики веса дают сбой, потому что находятся под постоянным воздействием внешних факторов, а иногда вандализма. Преобразователь частоты delta electronics использует передовую технологию инерционной компенсации движения кабины, которая не требует установки дополнительных датчиков и другого оборудования.

Поддержка работы с синхронными двигателями осуществляется благодаря применению инкрементального энкодера. Для сокращения потерь на обмотках ротора, а так же для понижения уровня шума был применен метод компенсации нулевого времени инвертора на базе импульсного модулятора и динамической стабилизации несущей частоты.

При понижении напряжения электросети ниже 300В, а так же в других чрезвычайных ситуациях, система умеет автоматически остановить работу. Тем не менее частотный преобразователь переключит двигатель на резервную аккомуляторную батарею и лифт доедет до ближнего к нему этажа. А оригинальные технические решения позволили избежать потерь на переключение режимов работы.

Технические характеристики частотников серии AS320 для подъемных механизмов

- номинальный диапазон мощности частотного преобразователя от 2,3 до 130кВт

- выходной ток от 6 до 165кА

- мощность поддерживаемого электродвигателя от 1 до 75кВт

- номинальное напряжение питающей сети 380~460В, частотой 5060Гц

Для оптимальной работы частотного преобразователя следует соблюдать температурный режим от -10С до +45С, влажность до 95%, отсутствие взвесей в воздухе.

Как выбрать подходящий двигатель

Как выбрать подходящий двигатель

Стандартный асинхронный двигатель

При работе ПЧ со стандартным 3-х фазным асинхронным двигателем направляться иметь ввиду следующие изюминки:

Как выбрать подходящий двигатель

A. При питании стандартного трехфазного асинхронного двигателя от преобразователя частоты потери в двигателе меньше, чем при его ярком питании от сети переменного тока. За счет понижения реактивной составляющей тока.

B. При работе стандартного асинхронного двигателя на скорости ниже номинальной (особенно с моментом родным к номинальному) возможен перегрев двигателя из-за уменьшения охлаждения за счет понижения скорости обдува собственным вентилятором. Возможное решение проблемы – применение внешнего свободного вентилятора.

C. Стандартный асинхронный двигатель может обеспечить продолжительный громадный (из условий теплового режима) момент только на номинальной частоте вращения, исходя из этого, при понижении скорости вращения необходимо уменьшать нагрузку на валу двигателя.

D. Допустимые нагрузки для стандартного асинхронного двигателя:

E. Для обеспечения продолжительных номинальных моментов при низких скоростях вращения направляться использовать особенные двигатели (возможно успешное применение стандартных двигателей с номинальными частотами 750, 1000, 1500 об/мин) или двигателей завышенной мощности.

F. При применении стандартного двигателя (к примеру, рассчитанного на питание от сети 50Гц) на огромных частотах, которые снабжает ПЧ, направляться учитывать ограничения связанные с ресурсом подшипников и повышенной вибрации из-за остаточного дисбаланса ротора и исполнительного механизма.

Частотный преобразователь Дельта

Как выбрать подходящий двигатель

G. В связи с применением в ПЧ высокой несущей частоты ШИМ обратите внимание на следующие факторы:

- Резонансная механическая вибрация: используйте антивибрационные резиновые демпферы на оборудовании.

- Дисбаланс ротора двигателя: особенно при работе на скоростях выше номинальной.

- Избегайте работы на резонансных частотах настройкой в параметрах частот пропуска.

H. Вентилятор двигателя будет сильнее шуметь на скоростях выше номинальной.

Особенные двигатели:

A. Многоскоростные (с переключением числа полюсов) асинхронные двигатели: Номинальный ток этих двигателей отличается от стандартного двигателя такой же мощности. Учтите это при выборе мощности ПЧ: выбирайте по току. Старайтесь избегать переключение полюсов при работе привода и используйте торможение на свободном выбеге.

B. Погружной электродвигатель: Номинальный ток этих двигателей больше, чем у стандартного двигателя такой же мощности. Учтите это при выборе мощности ПЧ: выбирайте по току. На долгом моторном кабеле может происходить громадное падение напряжение, что со своей стороны приведет к понижению момента, развиваемого двигателем. В этом случае используйте моторный кабель с большим сечением.

C. Взрывобезопасный двигатель: Должен быть установлен и смонтирован в соответствие с требованиями по взрывобезопасности. Преобразователи частоты VFD не отвечают особенным требованиям по взрывобезопасности.

D. Мотор-редуктор: Методы смазки в редукторах и требования к скоростному режиму у редукторов различных производителей могут быть разными. При работе продолжительное время на низких или высоких скоростях необходимо учесть понижение эффективности осуществления смазки.

E. Синхронный двигатель: Синхронные двигатели имеют постоянную рабочую скорость, которая не изменяется в течении стандартных изменений нагрузки. Они трудятся со скольжением 0%. Синхронные двигатели при асинхронной работе (при стремительном пуске или выходе из синхронизма) выдают многократный номинальный ток. в течении перегрузки они теряют синхронность. ПЧ обязан выбираться по току в синхронных двигателях и соответственно завышенного габарита.

Механизмы преобразования механической энергии

Обратите внимание, что при продолжительной работе на низкой частоте в редукторах, в механизмах с ременной и цепной передачей и др. может снижаться эффективность смазки. А при работе на высокой частоте (50/60Гц и выше) будет возрастать шум, вибрации и износ механических частей.

Вращающий момент двигателя

При питании стандартного трехфазного асинхронного двигателя от преобразователя частоты и при его ярком питании от сети переменного тока, его рабочие линии будут различаться.