Что такое частота коммутации двигателя

Преобразователь частоты

Изменить скорость вращения электромотора можно, используя силовое электронное устройство – преобразователь частоты (ПЧ). С его помощью выполняют изменение частоты трёхфазного или однофазного напряжения. Изменению подвергается переменный ток частотой 50 Гц. С помощью ПЧ его преобразуют в трёх,- или однофазный ток с частотой, лежащей в интервале 1-800 Гц.

Частотный преобразователь: понятие

Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты электрического тока.

Если рассматривать упрощённо, то при включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

f – частота сети (в России принят стандарт частоты = 50 Гц);

p – число пар полюсов электродвигателя.

Как видно из формулы – если изменить частоту электрического напряжения на входе, то меняется скорость вращения магнитного поля статора, а, следовательно, и скорость вращения самого электродвигателя.

Для обеспечения оптимальных условий работы асинхронного двигателя, кроме частоты, необходимо изменять и напряжение на двигателе в соответствии с законом М.П. Костенко.

Для наглядности можно сравнить преобразователь частоты с педалью газа (акселератора) в автомобиле. Увеличивая (уменьшая) частоту напряжения на входе, мы увеличиваем (уменьшаем) скорость вращения электродвигателя насоса (вентилятора и др.)

Где я был и чем занимался?

14 Августа я наконец-то взял отпуск! Мы с женой собрали вещи и махнули на следующий день на «Моря» в Кабардинку. Я там полностью расслабился и не думал ни о чём. Так как мозгу нужно отдохнуть и собраться с мыслями.

Перед морем я к сожалению не успел опубликовать статью, поэтому я делаю это сейчас.

На море было очень много народу. Весь центральный пляж был занят. Яблоку некуда было упасть. Поэтому мы предпочли ходить на дикий пляж. Там хоть и мелководье, но есть возможность спокойно поплавать и понырять.

Я представлю вам небольшой фотоотчёт:

Навестили местную достопримечательность — «Старый парк». Территория парка небольшая, обошли за полчаса. Отдыхающие в Кабардинке горячо убеждали нас, что там много всего интересного. Да, согласен, интересно, но весь парк был просто микроскопическим.

А как отдыхали вы? Где вы отдыхали? Напишите в комментариях.

На этом моя статья подошла к концу! До новых встреч. Буся передаёт вам привет!

Способы снижения уровня помех, возникающих при работе преобразователя частоты

Скорость коммутации силовых ключей MOSFET и IGBT в частотных преобразователях очень высока. При работе устройств возникают искажения формы напряжения и тока на входе и выходе, а также помехи в радиочастотном диапазоне.

Для обеспечения ЭМС частотных преобразователей применяют следующие методы:

• Оптимизация структуры и топологии электрических связей транзисторных или тиристорных модулей.
• Совершенствование схем и алгоритмов управления преобразователем.
• Установка встроенных входных и выходных фильтров.
• Применение экранированных кабелей и гальванизированных монтажных панелей.

Уровень электромагнитных помех во многом зависит от технологии производства кристаллов силовых полупроводниковых элементов, электрических связей ключей. Снижение помех достигается совершенствованием элементной базы, введение в конструкцию модуля CAL-диодов, отличающихся плавной характеристикой восстановления.

К недостаткам этого метода относятся высокая стоимость таких силовых ключей, несовершенство полупроводниковых кристаллов.

Еще один способ борьбы с генерацией электромагнитных помех – использование от 12-18-пульсных до 54-пульсных схем, настройка ШИМ-модулятора, управляющего ключами, введение в конструкцию разделительного многообмоточного трансформатора для гальванического разделения цепи входа и инвертора.

Применение многопульсных схем позволяет значительно снизить искажения. Так, THID 6-пульсного преобразователя составляет 60%, 12-пульсного – не более 7%. Однако, стоимость таких преобразователей намного выше. Разделительный трансформатор значительно увеличивает габариты и массу преобразователя частоты. Сфера применения таких устройств – электроприводы выше 1 кВ.

Самый широко применяемый метод для обеспечения ЭМС – встроенные или внешние фильтры. Устройства несколько усложняют конструкцию электропривода, однако, такой способ борьбы с ЭМП обходится дешевле дорогих полупроводниковых элементов и многопульсных схем.

Фильтры электромагнитных помех встраивают во входную цепь и звено постоянного тока преобразователя частоты или подключают перед устройством и электродвигателем. Рассмотрим типы фильтров ЭМП для частотных преобразователей.

Частотные преобразователи с непосредственной связью

Частотные преобразователи с непосредственной связью имеют второе название — непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Преобразователи этого класса делятся по типу силовых вентилей на преобразователи с естественной и преобразователи с принудительной коммутацией.

В преобразователях с непосредственной связью с естественной коммутацией (циклоконверторах) силовая часть собрана на быстродействующих тиристорах. Тиристорный блок может быть собран по различным схемам. Наиболее часто встречается нулевая, мостовая, встречно-параллельная или перекрестная схема, с совместным или раздельным управлением. В промышленности чаще всего применяют мостовую схему. Пример структурной силовой схемы тиристорного частотного преобразователя с непосредственной связью и структурная схема мостового частотного преобразователя показана на рисунке.

Достоинства преобразователя частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией

Достоинства НПЧ определяются его относительно простой конструкцией. К ним относятся:

• довольно высокий КПД, который достигается однократным преобразованием электроэнергии в преобразователе;
• возможность обмена энергией между двигателем и электрической сетью. Благодаря такой возможности преобразователь может работать как в двигательном, так и в тормозном режимы работы, причем с рекуперацией энергии в сеть;
• примененяемые тиристоры в схемах с естественной коммутацией, являются более надежными и дешевыми и обладают большей перегрузочной способностью, чем полностью управляемые приборы, применяемые в схемах с принудительной коммутацией;
• в таких частотных преобразователях имеется возможность получения довольно низких частот выходного напряжения частотного преобразователя. Это обеспечивает возможность равномерной работы двигателя с малыми скоростями;

Благодаря блочно-модульной конструкции частотные преобразователи с непосредственной связью имеют возможность неограниченно наращивать мощность НПЧ, удобны в эксплуатации и при создании горячего резерва;

Основные недостатки частотных преобразователей с непосредственной связью

Недостатки частотных преобразователей НПЧ связаны с простотой их конструкции. В таких преобразователях существует ограничение максимальной выходной частоты. Максимальная выходная частота не может превышать 70% частоты питающей сети. Другим препятствием для широкого применения НПЧ, является низкий коэффициент мощности и несинусоидальность выходного напряжения. Высокая сложность цепей управления, обуславливает применение НПЧ в тихоходных синхронных и асинхронных электроприводах средней и большой мощности.

Частотные преобразователи с принудительной коммутацией и непосредственной связью с сетью

НПЧ с принудительной коммутацией реализованы на полностью запираемых ключах. В качестве таких ключей используются транзисторы или запираемые тиристоры. Управление этими ключами осуществляется на принципе широтно-импульсной модуляции. Пример построения силовой схемы преобразователя частоты показана на рисунке.

В такой схеме включения любую фазу сети можно непосредственно подключить к любой фазе двигателя.

В современных системах управления электроприводами используются два типа частотных преобразователей.

• Частотные преобразователи с непосредственной связью(НПЧ);
• Частотные преобразователи со звеном постоянного тока.

ОВЕН ПЧВ — преобразователь частоты векторный для управления асинхронными двигателями

Основное назначение частотного преобразователя ОВЕН ПЧВ – управление стандартными асинхронными двигателями. Управление электродвигателем может осуществляться как по скалярному, так и по векторному алгоритму, обеспечивая максимальное качество работы при минимуме необходимых настроек. К преобразователю может быть подключен как одиночный двигатель, так и группа двигателей суммарной мощностью не более номинальной мощности ПЧВ.

Основные характеристики ОВЕН ПЧВ:

• высокая отказоустойчивость за счет функции самодиагностики;
• программирование нескольких приводов с одной съемной панели;
• два переключаемых набора рабочих параметров для каждого ПЧВ;
• управление с одновременной обработкой сигналов, поступающих с пульта оператора и по интерфейсу RS-485;
• интеграция в автоматические системы по протоколу ModBus;
• оптимальное соотношение цена/качество среди аналогичных устройств.

Важной особенностью ПЧВ является возможность «подхвата» вращающегося двигателя с автоматическим определением параметров движения, что обеспечивает плавную безударную работу в случае провалов напряжения, а также плавный запуск приводов с постоянно вращающимся исполнительным механизмом, например, в системах вентиляции (рис. 1).

Линейка преобразователей частоты ОВЕН включает 5 модификаций с однофазным входом мощностью 0,18…2,2 кВт и 12 модификаций с трехфазным входом мощностью 0,37…22 кВт (табл. 1).

Основные функциональные возможности ОВЕН ПЧВ

ОВЕН ПЧВ совершенно уникален сочетанием многофункциональности с простотой настройки под конкретный двигатель и конкретную технологическую задачу. Настраивается прибор с лицевой панели путем задания необходимого набора параметров. Управление в зависимости от предпочтений пользователя может осуществляться все с той же панели, дистанционно с пульта управления или же по интерфейсу RS-485 с помощью «командного слова». Гибкость управления обеспечивает развитая система портов: аналоговые и цифровые входы/выходы, RS-485 и релейный выход (табл. 2).

Основные функциональные возможности ОВЕН ПЧВ:

Определение динамических параметров двигателя осуществляется с помощью алгоритма автоматической адаптации. Его основой является виртуальная модель, по которой ПЧВ определяет основные электрические параметры двигателя, тем самым избавляя пользователя от трудных и подчас очень приблизительных расчетов. На основании данных виртуальной модели осуществляется высокоточное бессенсорное управление двигателем по векторному алгоритму и защита по току.

Для оптимизации энергопотребления в ПЧВ используется алгоритм управления силовым инвертором для регулировки количества и качества электроэнергии. Регулировка количества электроэнергии осуществляется путем подачи на двигатель мощности, необходимой для совершения работы при актуальной нагрузке, а качество – путем поддержания максимально допустимых значений КПД и cosφ во всем диапазоне регулирования. Для этого сигналы аналоговых входов обрабатывает ПИ-регулятор по заданной программе. При замкнутом или разомкнутом контуре регулятор управляет работой силового инвертора ПЧВ, обеспечивая требуемый и безаварийный режим работы двигателя в переходных процессах.

В ПЧВ детально проработана система диагностики и самодиагностики. Она позволяет получать информацию в реальном времени о режимах работы, взаимодействии функциональных узлов, состоянии портов и датчиков, текущих значениях параметров. При нарушении установленных условий работы встроенный контроллер выдает команду предупреждения или отключения.

Функционал встроенного контроллера ПЧВ не ограничен алгоритмами ПИ-регулирования и самодиагностики. Контроллер может реализовать пользовательскую программу управления приводом на базе событийной логики, используя в качестве переменных сигналы от цифровых входов, а также текущие значения параметров. Внутренний ПЛК может полностью реализовать функционал программного задатчика или интеллектуального регулятора, что позволяет в некоторых случаях отказаться от использования других устройств контроллерного уровня автоматизации совместно с ПЧВ.

Рис. 2. Система управления насосными станциями для поддержания необходимого
давления в трубопроводе и удаленный опрос ПЧВ SCADA-системой

Помимо перечисленных основных функций ОВЕН ПЧВ предоставляет потребителям набор полезных функций:

• управление автоматическим повторным включением;
• пошаговое управление по предустановленным заданиям;
• прогрев и сушка двигателя;
• управление механическим тормозом;
• компенсация нагрузки, скольжения;
• выбор источника управления;
• масштабирование аналоговых входов;
• сверхмодуляция инвертора ПЧ;
• мониторинг энергопотребления;
• пропускание резонансных частот;
• подсчет времени наработки, ведение журнала отказов;
• пароль доступа.

Входы и выходы ОВЕН ПЧВ

В системе управления приводом на базе ПЧВ в качестве источников сигнала обратной связи могут использоваться различные датчики углового или линейного перемещения. В первую очередь это абсолютные и инкрементальные энкодеры. В качестве сенсорного элемента возможно использование других датчиков, позволяющих преобразовывать угловые и линейные перемещения объекта в электрические сигналы (пропорциональный аналоговый, цифровой).

Современные датчики перемещений работают по различным принципам: индуктивному, потенциометрическому, магнитострикционному и т.д. Сфера их применения – высокоточное (с погрешностью менее 0,1 %) управление электроприводом по замкнутому контуру. Для их подключения ПЧВ имеет специализированный импульсный вход.

Рис. 3.

Цифровые входы ПЧВ служат для удаленного управления: включение и вывод на заданную частоту вращения (можно запрограммировать до 8 уставок в одном наборе параметров), реверс, различные варианты торможения и остановки, подсчет срабатываний датчика (до 3-х счетчиков одномоментно).

ПЧВ оснащен выходным реле (240 В, 2 А) для передачи дискретного сигнала состояния привода. Его преимущественным назначением является индикация состояния прибора. Также релейный выход может служить для переключения системы на другую цепь управления, например, в случае нештатной ситуации.

Аналоговый выход (0…20 мА или 4…20 мА) обеспечивает передачу таких параметров работы ПЧВ, как выходная частота, задание, сигнал обратной связи, ток двигателя, мгновенная мощность управления, задание по шине. На его основе можно осуществлять удаленную регистрацию перечисленных параметров (рис. 2) или синхронное управление группой ПЧВ по одному задатчику, что будет удобно при управлении конвейерной линией (рис. 3).

Программирование

Последовательный интерфейс RS-485 после необходимой настройки позволяет осуществлять дистанционное задание частоты вращения привода и основных управляющих команд: пуск, остановка, работа на фиксированной частоте, переключение рабочего набора параметров и т.д.

Конфигурируется ПЧВ при помощи съемной локальной панели оператора (ЛПО). Она позволяет программировать, редактировать, копировать два «Набора параметров» в неограниченное количество ПЧВ, а также копировать параметры из ПЧВ в ЛПО. Копировать из панели в ПЧВ можно все настройки целиком либо настройки, которые не связаны с двигателем. Это существенно упрощает программирование двигателей с разными характеристиками под схожие технологические задачи. Все операции с панелью можно производить в режиме «Горячее подключение».

Для задания основных параметров прибора можно использовать меню быстрого доступа (QM). Первое меню (QM1) позволяет выполнить полную настройку ПЧВ под конкретный двигатель, включая автоматическую адаптацию двигателя. Второе (QM2) – предназначено для определения основных параметров регулирования: контур регулирования (замкнутый или разомкнутый), пределы регулирования, источники задания и обратной связи, настройки ПИ-регулятора. Меню программирования разделено на несколько пронумерованных групп параметров, каждая из которых отвечает за определенную часть свойств ПЧВ. С его помощью можно не только настраивать ПЧВ, но и просматривать служебные параметры работы привода в режиме реального времени.

Энергосбережение

ПЧВ позволяет реализовать сложные алгоритмы управления, обеспечивая защиту электродвигателя и всего оборудования в целом, оптимизировать режимы работы при различных видах нагрузки и самое главное – достичь высокого уровня энергоэффективности. Реальное снижение энергопотребления при использовании ПЧВ может составить 35 %. Значительный экономический эффект от применения ПЧВ в технологическом процессе достигается за счет:

• экономии энергоресурсов;
• снижения затрат на плановые ремонтные работы и капитальный ремонт;
• увеличения срока службы технологического оборудования;
• обеспечения оперативного управления и достоверного контроля за ходом выполнения технологических процессов.

Наибольшую эксплуатационную и экономическую эффективность ПЧВ обеспечивает в системах автоматизации с использованием насосов, вентиляторов, дымососов, транспортеров, центрифуг и т.п.

Применение ОВЕН ПЧВ

Частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ может применяться практически во всех сферах автоматизации на базе асинхронных приводов мощностью не более 22 кВт. Основными сферами его использования являются насосные станции, системы управления вентиляции, конвейерные линии, системы КНС и т.д.

Инженеры ООО ПМП «Вентиляция» (г. Казань) разработали систему управления вентиляцией выставочного павильона на базе ОВЕН ПЧВ. Управление вентиляцией осуществляется по нескольким уставкам с возможностью проветривания помещения перед началом работы и двумя рабочими режимами (слабый и интенсивный режимы вентиляции). Для реализации управляющего алгоритма использовались возможности настройки дискретных входов ПЧВ.

Разработчики ЗАО СУГ «Рустергаз» (г. Москва) создали систему управления насосными станциями на базе продукции ОВЕН. В частности, частотные преобразователи ПЧВ используются для поддержания давления воды в трубопроводах на заданном уровне. Обратную связь по давлению обеспечивают датчики давления ОВЕН ПД100, сигнал с которых заведен на аналоговые входы ПЧВ. Установки работают в двух режимах – дневном и ночном, по каждому из которых отслеживается уставка с собственными настройками ПИ-регулятора. Сегодня компания СУГ «Рустергаз» завершает работы по созданию комплексной системы диспетчеризации насосных станций, частью которых является система удаленного опроса и управления работой ОВЕН ПЧВ.

Расширение линейки ОВЕН ПЧВ

Готовится новая серия частотных преобразователей ПЧВ3 мощностью 0,25…90 кВт. Новые преобразователи с 4-мя выходами смогут применяться в схемах каскадного управления электроприводом. Для удобства использования в системах вентиляции и HVAC добавлены «спящий» и «пожарный» режимы работы преобразователя.

Как определить неисправность коммутатора в машине?

Выявить поломки у устройств нового типа несколько сложнее, чем у одноконтактных. Лучше отвезти машину в СТО. Признаки поломок таковы:

• мотор перестал запускаться, искры нет;
• двигатель постоянно глохнет;
• силовой агрегат работает неустойчиво.

Для проверки используют вольтметр — при включенном зажигании его стрелка должна располагаться посередине шкалы. Когда питание перестает поступать, она отклоняется в правую сторону. Если все происходит так, прибор находится в рабочем состоянии.

Если вольтметра нет, проверяют узел при помощи сигнальной лампочки. Один из проводов подсоединяется к массе, второй — к первой коммутаторной клемме. Если устройство рабочее, лампочка загорится.

Появление коммутатора — следствие эволюции системы зажигания. По мере её развития и возникли многоканальные устройства, которые сильно облегчают жизнь нынешним автовладельцам.