Индукционная машина переменного тока с частотно-регулируемым приводом

Частотно-регулируемые приводы, также известные как частотно-регулируемые приводы, представляют собой доступные и надежные контроллеры с возможностью регулировки скорости асинхронных двигателей для достижения оптимальной производительности. Частотно-регулируемые приводы становятся стандартным оборудованием для питания малых и больших двигателей в вентиляторах, насосах, компрессорах, буровых установках и многих других приложениях. В отличие от контроллеров с фиксированной скоростью, которые мгновенно включают двигатель на полную мощность, частотно-регулируемые приводы могут плавно запускать двигатель путем постепенного увеличения скорости до желаемого уровня. Плавный пуск устраняет высокие пусковые моменты и импульсные токи, снижает механические напряжения и увеличивает срок службы и надежность оборудования. Кроме того, поскольку крутящий момент и мощность нагрузки изменяются в зависимости от квадрата и куба скорости соответственно, регулировка скорости двигателя даже на небольшую величину может значительно сэкономить энергию. В этом видео будет продемонстрирована конфигурация частотно-регулируемого привода и его использование в управлении трехфазным асинхронным двигателем переменного тока.

Асинхронный двигатель переменного тока имеет только две основные части, статор и ротор, и чаще всего использует трехфазное питание переменного тока. Трехфазный ток через катушки статора генерирует магнитное поле статора, которое вращается с угловой скоростью, пропорциональной частоте переменного тока. Магнитное поле статора вращает ротор. В результате частота вращения двигателя пропорциональна частоте входной мощности. Для получения дополнительной информации о работе асинхронного двигателя посмотрите обучающее видео JoVE по науке: Асинхронные двигатели переменного тока. Если двигатель напрямую подключен к трехфазной сети, он работает с фиксированной частотой, которая определяется постоянной частотой линии 60 Гц. Для регулировки скорости мощность должен обеспечивать частотно-регулируемый привод (ЧРП). Частотно-регулируемые приводы регулируют скорость двигателя, устанавливая выходную частоту и напряжение. Во-первых, выпрямитель преобразует входную частоту переменного тока 60 Гц в мощность постоянного тока. Затем инвертор постоянного тока в переменный использует широтно-импульсную модуляцию для включения и выключения этого постоянного тока в определенной последовательности. Наконец, фильтр нижних частот преобразует импульсный поток в примерно синусоидальную форму волны и генерирует выходную мощность переменного тока на выбранной частоте, которая определяет частоту вращения двигателя. Синусоидальная форма волны необходима, потому что большинство асинхронных двигателей предназначены для использования энергии от сети переменного тока. В однофазных двигателях используются частотно-регулируемые приводы с однофазными выпрямителями и инверторами, а в трехфазных двигателях используются частотно-регулируемые приводы с трехфазными выпрямителями и инверторами. Для получения дополнительной информации о выпрямителях и инверторах посмотрите обучающие видеоролики JoVE по науке: Однофазные выпрямители и однофазные инверторы. Усовершенствованные частотно-регулируемые приводы использовали замкнутый контур или векторное управление для хорошей регулировки скорости или крутящего момента. Микропроцессор получает обратную связь о магнитном поле и крутящем моменте двигателя и постоянно регулирует мощность ЧРП в соответствии с алгоритмом управления. При работе двигателя с номинальным напряжением или ниже большинство частотно-регулируемых приводов используют управление с разомкнутым контуром, чтобы просто выдавать постоянную мощность привода без обратной связи или регулировки. При управлении с разомкнутым контуром частотно-регулируемые приводы поддерживают выбранное отношение напряжения к частоте, которое примерно пропорционально магнитному полю статора и, следовательно, также пропорционально частоте вращения двигателя. Например, если двигатель рассчитан на 208 вольт и частоту 60 герц, то соотношение напряжения к частоте составляет около 3,5 вольт на герц. Чтобы снизить частоту вращения двигателя, частотно-регулируемый привод снижает частоту, но также должен снижать напряжение для поддержания постоянного отношения напряжения к частоте. Следовательно, если частотно-регулируемый привод приводит в движение двигатель с частотой 30 герц вместо 60 герц, он снижает напряжение пропорционально 104 вольтам с 208 вольт, и отношение напряжения к частоте остается 3,5 вольт на герц. При работе двигателя выше его номинальной частоты частотно-регулируемые приводы обычно ограничивают выходное напряжение до номинального. Эта мера предосторожности позволяет избежать превышения пределов напряжения или тока изоляции и катушек. Например, двигатель с напряжением 208 вольт и частотой 60 Гц имеет отношение напряжения к частоте 3,5 вольт на герц. Частотно-регулируемый привод, который увеличивает скорость этого двигателя за счет увеличения частоты до 120 герц, не увеличит выходное напряжение до 460 вольт, как это требуется для постоянного отношения напряжения к частоте. Вместо этого частотно-регулируемый привод ограничит свою выходную мощность до номинальных 208 вольт, чтобы предотвратить повреждение двигателя. Теперь, когда основы частотно-регулируемых приводов были объяснены, давайте рассмотрим частотно-регулируемый привод, подключенный к трехфазному асинхронному двигателю переменного тока. В этом эксперименте ЧРП работает с разомкнутым контуром управления скоростью двигателя и постоянным отношением напряжения к частоте.

При выключенном трехфазном питании и установке Variac на 0% подключите клеммы статора асинхронных двигателей к выходу привода ЧРП. Если смотреть с передней части частотно-регулируемого привода, выходные разъемы привода находятся с правой стороны. Подключите вход Variac к трехфазной розетке на стенде. Отрегулируйте ручку управления Variac на 75% и включите трехфазное питание. При этой настройке Variac напряжение от сети до сети составляет около 210 вольт. Теперь главный экран ЧРП должен загореться и отобразить F 000. Кнопка локального пульта дистанционного управления позволяет пользователю выбрать способ выбора частоты. Локальное управление позволяет использовать клавиатуру для управления частотно-регулируемым приводом. Хотя для дистанционного управления требуется аналоговая или цифровая связь, нажмите кнопку локального пульта дистанционного управления один раз, чтобы перевести диск в локальный режим. Установите периметры ЧРП в соответствии с показанными в таблице. Для этого установите скорость двигателя с помощью клавиш со стрелками, чтобы дотянуться до частотного меню, буква F на главном экране. Затем установите частоту на 10 герц. Чтобы измерить напряжение на входе в двигатель, выберите меню с дисплеем 0,0 В. Чтобы измерить ток, приводящий в движение двигатель, прокрутите вверх до экрана с индикацией 0,00 А. Чтобы измерить частоту ЧРП, прокрутите до экрана измерения частоты. Нажмите зеленую кнопку запуска, чтобы запустить двигатель. Привод автоматически выводит необходимое напряжение для поддержания постоянного отношения напряжения к частоте, которое предварительно установлено на 3,47. Прокрутите до дисплеев напряжения, тока и частоты и запишите их значения. Если диск перегружен или неисправен, нажмите красную кнопку стоп, а затем нажмите кнопку сброса. Используйте стробоскоп для измерения скорости вращения двигателя. Отрегулируйте ручку частоты курса до тех пор, пока вал не станет почти неподвижным, затем отрегулируйте ручку точной частоты до тех пор, пока вал не станет выглядеть неподвижным. Повторите эту процедуру для частот 25, 45, 60 и 70 Гц. Построите график зависимости частоты двигателя от скорости, чтобы получить график поведения двигателя под управлением частотно-регулируемого привода.

Частотно-регулируемые приводы регулируют частоту вращения асинхронных двигателей переменного тока и могут снижать механические нагрузки, повышать надежность и снижать затраты на техническое обслуживание. Кроме того, частотно-регулируемые приводы позволяют работать двигателям с оптимальной частотой вращения для повышения энергоэффективности. Благодаря этим преимуществам частотно-регулируемые приводы полезны во многих приложениях, таких как регулировка скорости вращения вентилятора. При встраивании в систему вентиляции такие вентиляторы могут реагировать на ручное или автоматическое управление, которое увеличивает скорость вращения вентилятора и циркуляцию воздуха при высоких температурах или снижает скорость вращения вентилятора при низких температурах. Сверлильные станки, укладки, фрезерные станки и подобное оборудование используют частотно-регулируемые приводы для управления своими двигателями. Пластмассы требуют низкоскоростной обработки для предотвращения обугливания или плавления, в то время как твердые металлы, такие как сталь, допускают высокоскоростную обработку для более быстрой работы. Благодаря частотно-регулируемым приводам обрабатывающее оборудование становится более универсальным и лучше справляется с широким спектром ситуаций.

Вы только что посмотрели статью JoVE «Введение в частотно-регулируемые приводы для асинхронных двигателей переменного тока». Теперь вы должны понять, как работают частотно-регулируемые приводы и как частота входной мощности определяет скорость двигателя. Спасибо за просмотр!