Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей

Устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска, УПП или софт-стартеры – электротехническое оборудование для обеспечения старта и разгона двигателя и согласования пускового момента на валу с нагрузкой. Схема УПП построена на базе силовых тиристоров или симмисторов. Устройство представляет собой безтрансформаторный бесступенчатый преобразователь напряжения. Устройства плавного пуска применяют:

• Для включения мощных асинхронных электродвигателей в сеть малой мощности.
• Для плавного запуска, разгона и остановки электрических машин.
• При необходимости пуска двигателя под нагрузкой.
• Для снижения пусковых токов.

УПП позволяют отказаться от дорогих и несовершенных схем запуска электродвигателей, а также значительно расширить сферы применения недорогих и функциональных асинхронных машин с короткозамкнутым ротором. Они используется в приводе технологического оборудования:

• Легкого пуска. Пусковые токи при таких условиях не превышают трехкратного номинального значения.
• Тяжелый пуск. При старте электродвигателя ток возрастает в 4-5 раз, переходные процессы в цепях длятся более 30 секунд.
• Особо тяжелый пуск. При этом пусковой ток превышает номинальный в 7-10 раз. Переходной процесс занимает значительное время.

Устройства плавного пуска имеют относительно низкую стоимость, небольшие габариты и массу в сравнении с преобразователями частоты.

Как подключить электродвигатель к однофазной и трехфазной сети: Схема Звезда, Треугольник

Подключение трехфазного электродвигателя АИР к трехфазной сети с напряжением 220/380В и 380/660 В — это упорядоченное, согласно схеме, соединение концов обмоток в клеммной коробке. От правильного монтажа напрямую зависит срок службы и эффективность оборудования.

Выделяют три схемы подключения трехфазного электродвигателя:

• «Звезда»
• «Треугольник»
• Комбинированное соединение

Также предусмотрено подключение асинхронного трехфазного электродвигателя к однофазной сети 220В при помощи конденсатора. Соединение обмоток двигателя в ту или иную схему производится соответствующей установкой перемычек в клеммной коробке.

Как узнать, подключать Звездой или Треугольником?

У трехфазных двигателей АИР есть два номинальных напряжения: 220/380 в и 380/660В, которое указано на шильде. Это основной критерий выбора типа соединения асинхронных двигателей.

Схема подключения электродвигателя	Напряжение
Звезда	380 В	660 В
Треугольник	220 В	380 В

• Электродвигатели 220/380 — современные модели до 112 габарита — 7,5 кВт. Ранее выпускались до 315 габарита — до 132 кВт. Подключение к сети 220В треугольником, к 380В звездой.
• Электродвигатели 380/660 — встречается в моделях, мощностью от 4 кВт. Схема для 380В — треугольник, для 660В — звезда.

«Звезда» предусматривает, что концы обмоток статора замыкаются в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью, а начала подключаются своим фазам – L. Поэтому двигатели средней мощности принято запускать именно «звездой». Однако при этом невозможно достичь паспортной мощности электродвигателя.

Преимущества схемы подключения «Звезда»:

• Плавный запуск
• Более надежная работа двигателя
• Допускается недлительная перегрузка

При подключении двигателя треугольником конец одной статорной обмотки последовательно соединяется с началом следующей. Однако подключение треугольником значительно увеличивает пусковые токи, что может привести к пробою изоляции; двигатель сильнее нагревается.

Преимущества схемы подключения «Треугольник»:

• Рабочая мощность соответствует паспортной
• Увеличенный крутящий момент
• Улучшенное тяговое усилие

«Звезда-треугольник» (комбинированная)

В случае с мощными электромоторами (начиная с 5,5/3000) важно обеспечить плавный пуск без перегрузок и дальнейшую работу на максимальной мощности. Такие двигатели чаще соединяют по схеме звезда-треугольник

Она подходит только для моделей с пометкой (Δ/Y), которая свидетельствует о возможности соединения двумя способами.

Комбинированная схема подключения обезопасит мотор от высоких пусковых токов и обеспечит паспортную мощность двигателя. Практически выглядит так: электромотор запускается по схеме звезда, а набрав обороты переключается на схему треугольник, либо автоматически, либо с помощью дополнительных устройств. При этом возможны скачки тока.

Запуск посхеме «звезда / треугольник» подходит для моторов с большими маховымимассами, у которых при номинальной скорости сразу набрасывается нагрузка.

Скачать чертежи подключения звезда треугольник 380/660

Подключение двигателя к однофазной сети 220В через конденсатор

Для использования асинхронного электродвигателя от бытовой электрической сети 220В применяют фазосдвигающий конденсатор. Таким образом достигается мягкий запуск агрегата. Методы подключения конденсаторов к бытовой сети 220В:

• с выключателем
• напрямую, без выключателя
• параллельное включение двух электролитов

Конденсатор для двигателя должен превышать его по напряжению как минимум в 1,5 раза. В противном случае возникнут скачки напряжения, что чревато поломками.

Расчет конденсатора для трехфазной сети

Правильный подбор конденсатора для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети предполагает расчет емкости. Ее значение зависит от схемы подключения обмоток и других параметров.

Формула расчета емкости конденсатора для схемы «Звезда»

Формула расчета емкости конденсатора для схемы «Треугольник»

Где Емк — емкость рабочего конденсатора в мкФ, I — ток в А, U — напряжение сети в В.

Проблемы с выбором и монтажом электродвигателя?

Менеджеры Слобожанского завода всегда готовы помочь купить асинхронный трехфазный электродвигатель любой мощности, разобраться с подключением и подобрать оптимальную схему под ваше оборудование и специфику применения.

Звоните и получите бесплатную консультацию в подключении электродвигателя от опытных специалистов СЛЭМЗ!

Режимы управления

Частотники различают по видам управления:

• скалярный тип (отсутствие обратной связи),
• векторный тип (наличие обратной связи, или ее отсутствие).

При первом режиме подлежит управлению магнитное поле статора. В случае векторного режима управления учитывается взаимодействие магнитных полей ротора и статора, оптимизируется момент вращения при работе на разной скорости. Это является главным различием двух режимов.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Кроме этого, векторный способ более точен, эффективен. Однако в обслуживании — более затратен. Рассчитан он на специалистов с большим багажом знаний и навыков. Скалярный способ проще. Он применим там, где параметры на выходе не требуют точной регулировки.

Пульт управления

Частотный регулятор управляется с пульта (ПУ), который идет в комплекте с прибором. Для подключения ПУ частотника необходимо монтировать в удобном месте по схеме в инструкции пользователя. После монтажа рукоять ПУ ставится в нулевое положение и дается команда RUN. Следующий шаг – плавный поворот рукояти на минимальный градус:

• Если после подключения частотного преобразователя к двигателю, последний вращается в правильную сторону, можно регулировать скорость. Здесь стоит разобраться, как этот показатель отображается на ПУ частотника. Есть 2 варианта – в оборотах/минуту или герцах. В первом случае показывается скорость вращательного движения электрического двигателя, во втором – питающее напряжение.
• Если двигатель запустился в обратную сторону, включаем реверс на частотнике.

ПЛАВНЫЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.

Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.

Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.

Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:

Проблематичность автоматизации.

Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.

Усложнение пуска под нагрузкой.

Так как крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения питания, снижение напряжения в момент пуска в 2 раза приведет к снижению крутящего момента в 4 раза. Применение плавного пуска с электродвигателями, напрямую подключенными к нагрузке, значительно увеличивает время выхода на рабочие обороты.

Совершенствование силовой электроники позволило создать компактные автоматические устройства плавного пуска (также называемые софтстартерами от английского soft start – «мягкий пуск») для асинхронных электродвигателей, устанавливаемые на стандартную монтажную рейку электрощитов.

Они обеспечивают не только плавный разгон, но и торможение двигателя, позволяя регулировать параметры токов пуска и остановки в различных режимах:

Постоянное токоограничение.

В момент запуска ток ограничивается на заданном превышении номинального и удерживается на этой величине все время разгона двигателя. Обычно используется ограничение на уровне 200-300% номинального тока. Перегрузка становится малозначительной, хотя ее длительность возрастает.

Формирование тока.

В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.

Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.

Ускоренный пуск (кик-старт).

Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.

В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.

Останов на выбеге.

При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.

Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.

Линейное снижение напряжения.

Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.

Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.

Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:

• вначале ток снижается минимально;
• затем кривая начинает снижаться круче.

Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.

При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.

Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.

Преобразователи частоты для однофазных вентиляторов и насов

Преобразователи частоты серии 8000M помимо стандартных 3-фазных электродвигателей также способны управлять однофазными асинхронными двигателями с напряжением питания 220В

, широко преименяемыми в вентияционным и насосном оборудовании.

Для адаптации работы преобразователя с однофазным двигателем достаточно сделать настройку нескольких параметров.

Схему соединения обмоток электродвигателя менять не надо, отключать конденсатор не надо. Электродвигатель подключается к преобразователю точно также, как если бы он подключался напрямую к сети 220В.

Краткие характеристики моделей 8000М на 220В

• Напряжение: 1ф/220В, мощность: 0.2-2.2кВт
• Модульный, компактный дизайн, съемная панель управления
• Монтаж на DIN-рейку
• Аналоговый вход (0-10В/4-20мА) для задания скорости или подключения датчика обратной связи (давления, расхода, температуры и т.д.)
• Регулируемый плавный пуск и останов вентилятора и насоса
• Встроенный ПИД-регулятор со спящим режимом
• Режим автоматического энергосбережения
• 15 предустановленных скоростей с функцией автоматического пошагового управления (по заданным интервалам времени)
• Защита двигателя от перегрузки, перегрева, заклинивания
• Счетчик времени наработки
• Встроенный порт RS-485. Протокол MODBUS.

Особенности работы однофазного двигателя с преобразователей частоты серии 8000M

В отличие от трехфазных электродвигателей при работе с частотным преобразователем однофазного двигателя у последнего будет меньше диапазон регулировки скорости, который составит, примерно, от половины до номинальной скорости электродвигателя, а также только однонаправленное вращение (без реверса). Реверсировать однофазный двигатель можно только за счет переключения конденсатора в другую обмотку (только если обмотки симметричны по своим параметрам).

Модели и цены

Модели с напряжением питания 220В	Мощность 1-фазного двигателя (кВт) P2 (P1) *	Ном. выходной ток (A)	Цена (руб.) с НДС
8000M-2SR4GH	0.2 (0.4)	2.4	6622 ₽
8000M-2SR75GH	0.4 (0.75)	4.5	6990 ₽
8000M-2S1R5GH	0.75 (1.5)	7	8093 ₽
8000M-2S2R2GH	1.1 (2.2)	10	10669 ₽

Примечание:

* Мощность двигателя: P1 — входная электрическая или потребляемая мощность двигателя; P2 — выходная механическая мощность на валу двигателя или полезная мощность двигателя. Подробнее о мощности электродвигателя…

Файлы для загрузки

Преобразователи частоты серии 8000M. Каталог (рус.)

Преобразователи частоты серии 8000M. Руководство по эксплуатации (рус.)

Краткая инструкция по подключению и настройке преобразователя частоты серии 8000М при работе его с однофазным асинхронным электродвигателем (рус.)

См. также:

►OPTIDRIVE — специализированные преобразователи частоты для однофазных двигателей…

►Все модели и цены однофазных преобразователей частоты…

Устройство частотного преобразователя

Работает частотный преобразователь для электродвигателя следующим образом:

1. Сетевое напряжение подается на выпрямитель, где преобразуется в постоянное.
2. На блоке инвертора из постоянного напряжения формируются полярные импульсы (положительные и отрицательные) требуемой частоты. Импульсы формируются по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
3. Импульсы преобразуются в синусоиду той же частоты.

Как видите, устройство не слишком сложное, но это базовый набор блоков. В более сложные модели встраиваются дополнительные, обеспечивающие контроль параметров и защиту.

Блок-схема частотного преобразователя

Основной узел частотного преобразователя для электродвигателей — инвертор. Его собирают не основе IGBT транзисторов. Включая и выключая их, из постоянного напряжения формируем импульсы. Задавая частоту включения и выключения, на выходе получаем импульс с заданной частотой.

Если изменять скважность импульсов — отношение длительности периода к длительности импульса — меняется площадь импульса, а значит, и напряжение на выходе. Вот и получаем возможность используя частотный преобразователь для электродвигателя менять не только частоту, но и напряжение

Последний блок — сглаживающий импульсы и превращающий их в синусоиду — присутствует далеко не всегда. Частота импульсов на выходе инверторного блока может достигать нескольких килогерц. А обмотки двигателя имеют высокую индуктивность, и сами работают как выходной фильтр.

Подключение и настройка

При подключении асинхронного преобразователя частоты в сеть однофазного тока клеммы двигателя необходимо соединить в «треугольник». Эта схема соединения подразумевает присоединение конца и начала соседних обмоток. Напряжение питания при этом будет 220 В. Выходной ток необходимо удерживать в пределах не более половины его номинального значения.

Если частотник подключается к трехфазной сети, то клеммы двигателя соединяются в «звезду». При этой схеме соединения концы трёх фаз обмоток соединяются в одну точку. Напряжение от сети принимает значение 380В.

Очерёдность подключения общей электрической цепи будет следующей:

1. дифференциальный автоматический выключатель, ток которого совпадает с номинальным током двигателя;
2. преобразователь частоты;
3. электродвигатель.

При работе с трехфазной сетью автоматический выключатель должен быть снабжён общим рычагом по всем трём фазам. В таком случае перегрузка одной из фаз будет устранена выключением всего питания. Допустимый ток срабатывания должен быть рассчитан на основе значения тока двигателя в одной фазе.

При установке преобразователя в однофазную сеть допустимый ток автоматического выключателя должен превышать в три раза значение фазного тока.

Подключается преобразователь к электромотору с помощью магнитного пускателя. Выбирается магнитный пускатель по напряжению сети и номинальному току.

Перед монтажом пульта управления его рычаг должен быть в положении «Выключено». При включении рычага обязательным условием есть появление сигнала на световом индикаторе. Клавишей RUN производится запуск частотника. А рукоятка пульта управления контролирует изменение числа оборотов ротора двигателя.

Следует с особым вниманием изучить значение частоты на частотнике, так как на одних моделях указывается частота вращения ротора электродвигателя, а на других приведена частота тока преобразователя. Настройка частотного преобразователя для электродвигателя начинается с внимательного изучения инструкции, так как в ней указана последовательность этих операций

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя начинается с внимательного изучения инструкции, так как в ней указана последовательность этих операций.

Перед настройкой частотника необходимо правильно обнаружить и подключить входные и выходные клеммы. Входные клеммы маркируются буквой L с указанием нумерации фазы. Выходные клеммы обозначены латинскими буквами — U, V, W.

Так как параметров у преобразователя заводского исполнения довольно-таки много, частично его настройка производится на заводе. Остальные параметры настраиваются вручную. Основные этапы настройки частотного преобразователя:

• подача питания на частотный преобразователь;
• выбор определённого режима работы;
• установка значений рабочих характеристик оборудования.

Схема подключения однофазного двигателя с помощью однофазного частотного преобразователя без использования конденсатора

Выходное линейное напряжение устройства на каждой фазе равно выходному напряжению частотника, то есть на выходе будет три напряжения линии, каждое по 220В. Для запуска может использоваться только пусковая обмотка.

Рис. №8. Схема присоединения однофазного асинхронного двигателя через конденсатор

Фазосдвигающий конденсатор не может обеспечить равномерный фазовый сдвиг в пределах границ частот инвертора. Частотник обеспечит равномерный сдвиг фаз. Для того, чтобы исключить из схемы конденсатор, нужно:

1. Конденсатор стартера С1 удаляется.
2. Вывод обмотки двигателя присоединяем к точке выхода напряжения частотника (используется прямая проводка).
3. Точка А присоединяется к СА; В соединяется с СВ; W соединяется к СС, таким образом электродвигатель присоединится напрямую.
4. Для включения в обратном направлении (обратная проводка) необходимо В присоединить к СА; А присоединить к СВ; W соединить с СС.

Рис. №9. Схема подключения однофазного асинхронного двигателя без использования конденсатора.

На видео — Частотный преобразователь. Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220В.

Частотный преобразователь. Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220В.

Watch this video on YouTube

Конструкция. Разновидности преобразователей

Частотный электропривод имеет ряд схем, в состав которых входят транзистор либо тиристор. Базовым элементом электронной схемы является микропроцессор, отвечающий за работу дополнительных элементов цепи и обеспечивающий выполнение большого количества дополнительных задач.

Преобразователь частоты представляет собой группу выпрямителей, а также инверторов, трансформирующих переменные токи в постоянные.

Однофазный частотный преобразователь – является высокотехнологичным устройством. Основная его задача – преобразования рабочего напряжения сети в бытовое (220 В). При такой трансформации совершается импульс напряжения в нужных частотах (1 – 1000) Гц.

Частотный преобразователь для электродвигателя создает напряжения, с заданными параметрами. Преобразователь частоты работает следующим образом:

1. Вначале совершается выпрямление напряжения электрической сети, а также снижение импульсов и фильтрация гармоник.
2. Постоянное напряжение поступает из выпрямителя в цепь инвертора, там оно трансформируется в переменное с изменяющейся амплитудой и частотой.

Роль силовых элементов зачастую выполняют IGВТ-транзисторы. Изменяя частоту можно изменять скорость вращения электродвигателя (М).

Преобразователь частоты делится на две большие разновидности:

С непосредственной связью.

Их отличительная черта – выпрямитель тиристорный, где попеременно открываются и закрываются отдельные тиристоры и поочередно подключаются к статорной катушке.

Рис. 2 Графическое изображение напряжения преобразователя

Выходное напряжение синусоиды образует пилообразное очертание с частотой около 1 – 40 Гц. Область применения такого рода преобразователей считается ограниченной из-за того, что незапираемым тиристорам необходимы более сложные схемы управления. Что и несет за собой более высокую стоимость оборудования.

Такие преобразователи частоты работающие с высокими величинами токов и напряжения имеют коэффициент полезного действия порядка 95-98%. Также высоковольтные частотные преобразователи имеют более высокую стоимость, по сравнению с низковольтными.

Если сравнивать тиристорный преобразователь с транзисторным электроприводом, имеющих аналогичную мощность, то второй прибор будет иметь значительно меньшие габариты, меньший вес и будет отличаться более надежной работой.

С выраженным звеном постоянного тока.

Данная разновидность датчиков гораздо чаще встречается в современных устройствах, целью которых является регулировка частоты.

Преобразование происходит в 2 этапа:

1. вначале происходит выпрямление и фильтрация сетевого напряжения;
2. затем подача сигнала подается непосредственно на инвертор, где и происходит трансформация тока нужных частот и амплитуды в переменный.

Коэффициент полезного действия при такой трансформации уменьшается, при этом увеличиваются размеры устройства. Синусоидальный сигнал обеспечивается самостоятельным инвертором напряжения и тока.

Принцип работы однофазной асинхронной машины

В основе работы асинхронного двигателя лежит взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и токов, наводимых им в роторе двигателя. При разности частоты вращения пульсирующих магнитных полей возникает вращающий момент. Именно этим принципом руководствуются при регулировании скорости вращения асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя.

Электродвигатель по факту может считаться двухфазным, но у него только одна рабочая обмотка статора, вторая, расположенная относительно главной под углом в 90о является пусковой.

Пусковая обмотка занимает в конструкции статора 1/3 пазов, на главную обмотку приходится 23 паза статора.

Ротор однофазного двигателя коротко замкнутый, помещенный в неподвижное магнитное поле статора, начинает вращаться.

Рис.№1 Схематический рисунок двигателя, демонстрирующий принцип работы однофазного асинхронного двигателя.

Для чего понадобился ПЧ

Ко мне обратился старый знакомый с обувного производства. Ему для предпродажной подготовки женских сапог требуется операция полировки, чтобы сапоги блестели.

Станок для полировки был в отвратительном состоянии, но его удалось привести в чувство, перебрав советские контакторы и подсоединив двигатели.

Тем не менее, для качественной обработки поверхности кожи было предпочтительно, чтобы линейная скорость полировки могла меняться. Кроме как ПЧ, другими способами это сделать невозможно. Замена шкивов не рассматривалась – скорость нужно менять оперативно и без инструментов.

В результате я установил преобразователь частоты Delta. Подключил и настроил его так, что можно менять обороты подключенного через него двигателя нажатием кнопок на панели управления. Дальше – подробности.