какая величина называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Перегрузочная способность асинхронного двигателя в режиме х / 2 / 2н0м теоретически неограниченна и достигается путем непрерывной компенсации напряжения на полном сопротивлении обмотки статора и индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки ротора путем регулирования напряжения статора. Зависимости напряжения обмотки статора от частоты и момента ( см. рис. 3.19, б) в этом режиме показывают необходимость регулирования напряжения статора при изменении как частоты, так и момента нагрузки. [2]

Увеличение перегрузочной способности асинхронного двигателя ведет к возрастанию его габаритов и массы либо к снижению энергетических показателей. Из формулы (5.48) видно, что величина максимального момента приблизительно обратно пропорциональна индуктивным сопротивлениям Х1 Х 2 обмоток. А это приводит к возрастанию магнитного потока ( а следовательно, увеличению сечения магнитопровода) и тока холостого хода. [6]

Увеличение перегрузочной способности асинхронного двигателя ведет к возрастанию его габаритов и массы или к снижению энергетических показателей. Из (4.5) видно, что величина максимального момента приблизительно обратно пропорциональна индуктивным сопротивлениям ( Х Х а) обмоток. Это приводит к возрастанию магнитного потока ( а следовательно, увеличению сечения магнитопровода) и тока холостого хода. [7]

При проверке перегрузочной способности асинхронного двигателя исходят из того, что наибольшие кратковременно действую-ющие значения мощности должны быть меньше максимально допустимой для данного двигателя мощности, которая определяется опрокидывающим моментом М макс. [8]

Следует подчеркнуть, что увеличение перегрузочной способности асинхронного двигателя ведет к возрастанию его габаритов и массы либо к снижению энергетических показателей. [13]

Источник

Выбор мощности электродвигателя

Для обеспечения надежной и экономичной работы системы электропривода необходимо произвести выбор электродвигателя правильно. Электрическая машина должна иметь мощность, которая строго соответствует ожидаемой нагрузке, а также режиму работы электропривода. Электропривод довольно сильно распространен в промышленности, имеет большое множество условий работы и требований рабочих машин, что делает выбор мощности электродвигателя не легкой задачей.

Завышение мощности электрической машины не является выходом из ситуации. Это связано с тем, что помимо излишних экономических затрат на завышенную мощность вырастают и габариты электродвигателя, его масса, ухудшаются энергетические показатели системы (машина работает с пониженным КПД), а в случае асинхронных электродвигателей с низким коэффициентом мощности cosφ увеличивается потребление реактивной мощности, что в свою очередь создает дополнительные проблемы. Занижение мощности то же не выход, так как это приведет к повышению температуры изоляции обмоток, соответственно срок службы машины существенно снижается.

Даже если выбор электрической машины осуществлен правильно, то в процессе работы могут возникать кратковременные толчки нагрузки (резкое увеличение момента сопротивления), которые могут значительно превосходить номинальную мощность электромашины. Однако, каждый тип электрической машины имеет свои факторы электрического происхождения, которые даже при кратковременной перегрузке (если она превзойдет определенный предел) могут вызвать нарушение нормальной работы механизма. При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться двумя основными факторами – мгновенной перегрузкой и нагревом.

Выбор мощности двигателя по нагрузке

Для этого необходимо определить номинальный момент из условия:

Где: М_макс – требуемый механизмом максимальный перегрузочный момент;

λ_м – перегрузочный коэффициент по моменту;

Если за исходную величину принимают ток, то выражение примет вид:

Перегрузочная способность машин постоянного тока

Для машин постоянного тока также необходимо учитывать и условия коммутации на коллекторе. Результирующая ЭДС, индуктируемая в коммутируемых секциях – фактор, вызывающий искрение в ДПТ:

Где: е_р – ЭДС реактивная — коммутируемой секции;

е_к – ЭДС коммутирующая. Создается потоком добавочных полюсов;

е_т – ЭДС трансформаторная — индуктируется меняющимся магнитным потоком главных полюсов;

Приближенно можно считать, что искрообразование на коллекторе будет одинаковым при различных скоростях работы электродвигателя, если будет соблюдаться условие nI_я=const.

Для ДПТ крановых приводов и металлургических типа МП перегрузочная способность по моменту составляет:

Для длительного режима работы перегрузочная способность ДПТ должна быть не ниже чем 2,5. По току перегрузочную способность можно охарактеризовать:

Также необходимо учесть и то, что у двигателей последовательного и смешанного

возбуждения перегрузочная способность по моменту все же выше, чем по току. Это обусловлено усилением магнитного потока из – за последовательной обмотки возбуждения:

Перегрузочная способность асинхронных машин

Эта способность асинхронных электродвигателей ограничивается моментом критическим М_к. ГОСТ определяет на асинхронные металлургические и крановые трехфазные электроприводы λ>2,3. λ=1,7-2,2 для машин длительного режима работы.

Для асинхронных машин общепромышленной серии длительного режима работы λ:

Также необходимо помнить и то, что моменты критические и пусковые асинхронной машины напрямую зависят от питающего напряжения. Поэтому необходимо учитывать возможную просадку напряжения в сети до 0,9U_ном и в расчетах нужно брать 0,8 перегрузочной способности, приведенной выше.

Перегрузочная способность синхронных машин

У синхронных электромашин такая мгновенная способность примерно равна 2,5-3. За счет форсирования возбуждения можно повысить до 3,5 и даже до 4,0.

Для трехфазных коллекторных электроприводов эта величина сильно зависит от скорости вращения электродвигателя и условий его коммутации. В среднем ее принимают равной порядка λм = 1,5-2.

Изолирующие материалы

Они определяют как и технико-экономические характеристики машины, так и ее надежность работы. Так как нагревостойкость изоляционных материалов относительно невелика, то ее нагрев ограничивает мощность электропривода. Технико-экономические соображения требуют, чтоб при нормальной эксплуатации срок службы изоляции составлял не менее 15-20 лет. По теплостойкости изоляции ее разделяют на:

Где: ϑ₀ – температура окружающей среды;

τ_из – максимальный перегрев изоляции;

Как показывает практика – даже незначительный перегрев электродвигателя приводит к резкому сокращению срока его службы:

Как мы можем увидеть из графика, что для класса А повышение рабочей температуры с 95 0 до 105 0 снижает срок службы электромашины с 15 до 8 лет, что примерно в два раза.

При экспериментальном определении температуры обмоток используют несколько методов – метод термометра (пирометра), метод сопротивлений – при его использовании нагрев определяют по изменению омического сопротивления обмоток, а также метод температурных детекторов (термопары и прочие).

Результат, полученный в ходе измерений, будет довольно сильно зависеть от метода, который был выбран. Применение термометров (пирометров) довольно просто, при использовании дают довольно точный результат, но не позволяют измерять внутреннюю температуру обмоток. При использовании метода сопротивления – получим усредненный результат перегрева и не более. Температурные детекторы дают наиболее точный результат измерений, но только в местах их закладки.

Источник

Что называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя

Назначение асинхронного двигателя

Введение

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его.

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

Асинхронный трёхфазный электродвигатель.

Расчет трехфазного асинхронного электродвигателя.

Исходные данные:
Iпуск/Iном = 6,5; Ммакс/Мно = 2,0; КПДном = 0,82; сosjном = 0,83;
Тип двигателя—4А80А2У3; Рном=1,5 кВТ; Sном=7,0 %.

Решение

Определим номинальный ток двигателя:

По найденному значению тока из табл. Приложения 2 выбираем сечение питающего провода для двигателя. При номинальном токе 3,35 А подойдут провода сечением 2,5 кв. мм трехжильные медные с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией или трехжильные алюминиевые провода с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией.

Определим величину пускового тока из известного по условию задачи соотношения Iпуск/Iном = 6,5:

Определим номинальный ток плавкой вставки:

Если принять, что двигатель работает с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски):

Из ряда стандартных плавких вставок на номинальные токи 6, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 60, 80, 100, 120, 150 А выбираем вставку на номинальный ток 15 А.

Определим частоту вращения магнитного поля двигателя:

В обозначении двигателя (4А80А2У3) после буквы «А» указано количество полюсов, количество пар полюсов вдвое меньше, т.е. в данном случае Р = 1.

Определим частоту вращения ротора двигателя:

Определим вращающий момент при номинальном режиме работы:

Из заданной по условию задачи перегрузочной способности двигателя (Ммакс/Мно = 2,0) определим максимальный вращающий момент:

Определим величину скольжения, при которой момент наибольший:

Из двух полученных значений по условию устойчивой работы двигателя выбираем .

Определим пусковой момент двигателя (при S = 1):

Определим момент при S = 0,2:

Момент при S = 0,6:

Построим график зависимости вращающего момента от скольжения:

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его.

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

Назначение асинхронного двигателя

Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным. Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним. Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами. Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.

Перегрузка электродвигателя причины и способы защиты

Подписка на рассылку

Одной из главных причин выхода электродвигателей из строя является разрушение изоляции, приводящее к короткому замыканию. Лаковое покрытие трескается вследствие высокой температуры. Каждый двигатель просчитывается по теплоотдаче, имея определенный запас прочности, но возникающая перегрузка электродвигателя приводит к перегреву обмотки. Она может быть технологического происхождения или быть следствием аварии. Перегрев изоляции на 10 градусов свыше предельно допустимого значения сократит срок эксплуатации в два раза. По этой причине обязательно должна работать схема защиты электродвигателя от перегрузок, способная обеспечить бесперебойную эксплуатацию оборудования. Не обязательно это должно быть реле, установленное непосредственно на перегретом двигателе. Чаще всего защита устанавливается на оборудовании, используемом в промышленности. Отключат она те узлы и агрегаты, которые стали причиной перегрузки двигателя. Например, на мельницах стоит защита, отключающая подачу сырья, избыток которого может стать причиной завала рабочего органа.

Основные причины перегрузки электродвигателя

Технологическая перегрузка электродвигателя является следствием увеличения момента на валу, который возникает периодически. Происходит это по причине кратковременного увеличения сопротивления. Такие перегрузки у двигателей с большой тепловой инерцией редко вызывают выход из строя обмотки, но если они возникают регулярно и продолжительность их увеличивается, то перегрев двигателя может нести опасность. В этой ситуации обязательно должна срабатывать защита электродвигателя от перегрузок. У некоторых машин возникает часто противоположная ситуация: небольшие нагрузки постоянны и длительны по времени. Они разогревают обмотку до значений, близких к предельным. Так как электродвигатель имеет запас прочности, то подобные режимы могут быть безопасными и защита должна быть настроена соответствующим образом. Аварийная перегрузка электродвигателя может возникнуть по следующим причинам:

Часто перегрузка становится следствием нарушения технологического процесса, например, песок, перемещаемый транспортером, имеет гораздо более высокую влажность и, соответственно, большой вес. В результате имеет место длительное увеличение нагрузки на рабочий орган, которое может привести к перегрузке двигателя. Перегрузочная характеристика двигателяПревышение предельной температуры, которую способна выдерживать обмотка, на 50% снижает срок эксплуатации двигателя в десятки раз. Именно поэтому у каждого агрегата есть своя схема защиты, учитывающая не только его технологические особенности. Одной из важных характеристик, на которой она базируется, является перегрузочная характеристика двигателя, которая определяется длительностью и величиной такого параметра, как допустимая перегрузка электродвигателя. Особенно важна точность ее расчета для силовых агрегатов, используемых в промышленности и испытывающих значительную по продолжительности нагрузку. Зависит допустимая перегрузка от класса изоляции обмотки двигателя. Традиционно используется изоляция класса А, максимальной рабочей температурой которой является 95ºС. Применение проводов с изоляцией класса В может повысить эту величину до 130ºС.

Асинхронный двигатель.

Принцип действия основан на использовании явления вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Примечание: для упрощения понимания создания вращающегося магнитного поля следует вспомнить об обратимости электрических и электромагнитных явлений. Так, например, для получения 3-х фазного переменного напряжения при помощи 3-х фазного генератора необходимо было вращать ротор с его магнитным полем. Но если, наоборот, подать 3-х фазное напряжения на статорные обмотки, то они создают вращающееся магнитное поле. Причем, за один период изменения тока в любой статорной обмотке магнитное поле повернётся на 360 градусов, т.е. на 1 оборот.

Простейший асинхронный двигатель состоит из статора и ротора. В пазах сердечника статора укладывают 3 обмотки, смещенные относительно друг друга на 120 градусов. Концы обмоток выводятся в клемную коробку двигателя, где они соединяются между собой или по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой вал с шихтованным сердечником и в пазы сердечника, без изоляции, укладывают обмотку типа «беличьей клетки». Такой ротор называют короткозамкнутым. В маломощных машинах обмотку ротора выполняют заливкой алюминиевого сплава в пазы ротора. При этом отливку выполняют за одно целое с короткозамыкающими кольцами и лопатками вентилятора.

Принцип действия:

При подаче 3-х фазного напряжения на статорные обмотки двигателя они создают вращающееся магнитное поле. Данное магнитное поле пересекает проводники ротора и в них индуктируется ЭДС. Так как проводники ротора замкнуты между собой, то под действием ЭДС по ним потечет ток. На проводники с током ротора, находящимся в магнитном поле статора, будут действовать выталкивающие силы. Эти выталкивающие силы и создают вращающий момент на валу ротора, под действием которого ротор вращается в ту же сторону, куда вращается магнитное поле статора.

Частота вращения магнитного поля статора обозначается – n₁,и определяется по формуле:

n₁= 60f/P

где: f – частота питающего тока

P –число пар полюсов

60 –коэффициент перевода единиц измерения из об/сек в об/мин

На локомотивах применяют асинхронные двигатели с разным количеством обмоток. Причем, количество обмоток всегда кратно 3. Таким образом, двигатели могут иметь 3 обмотки, 6 обмоток, 9 обмоток и т.д. Каждые 3 обмотки у асинхронного двигателя приравнивается к одной паре полюсов. Соответственно, при увеличении количества статорных обмоток частота вращения магнитного поля уменьшается.

Данные о величине частоты вращения разнополюсных машин при питании током промышленной частоты (f=50Гц) приведены в таблице:

Частота вращения ротора обозначается – n2

Для того, чтобы на валу ротора создавался вращающий момент, необходимо выполнение данного условия:

Поэтому такие двигатели называются асинхронными. Приставка «а» означает «не», то есть несинхронные двигатели.

Отставание ротора от магнитного поля статора характеризуется скольжением (S). Скольжение определяется по данной формуле:

Скольжение показывает, на сколько процентов частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статорных обмоток. Значение n₂ при определенном скольжении для различных асинхронных двигателей приведены в таблице:

Механическая характеристика и свойства асинхронных двигателей.

Механическая характеристика – представляет собой графическую зависимость частоты вращения ротора (n₂) от величины вращающего момента (М_вр). При снятии данной характеристики вращающий момент изменяют за счет изменения механической нагрузки на валу двигателя.

Данная характеристика показывает:

1. При М_вр=0, частота вращения ротора(n₂) равна частоте вращения магнитного поля статорных обмоток (n₁). Но в реальности, даже в режиме холостого хода, на вал двигателя будет действовать момент сопротивления (трение в подшипниках крепления вала, сопротивления от воздушной среды и т.д.). Поэтому, по принципу саморегулирования, на валу двигателя всегда будет создаваться вращающий момент, компенсирующий момент сопротивления. Следовательно, всегда будет выполняться условие n2‹ n1

2. Верхняя часть характеристики до точки В считается рабочей. По этой части характеристики видно, что при увеличении механической нагрузки на валу частота вращения ротора уменьшается незначительно. Соответственно, асинхронный двигатель обладает жесткой частотной характеристикой.

3. В точке В асинхронный двигатель развивает максимальный вращающий момент, который называется критическим моментом. Для большинства асинхронных двигателей такой момент возникает при величине скольжения Sкрит=10-20%.Если величина механической нагрузки будет больше М_кр, то происходит «опрокидование» двигателя, то есть вращающий момент резко уменьшается и ротор останавливается. Данный процесс показан нижней частью механической характеристики.

Примечание: при опрокидывании двигателя и остановке ротора, статорные обмотки начинают потреблять большие пусковые токи, которые могут привести к сгоранию изоляции данных обмоток.

4. Рабочая часть механической характеристики между точками А и В показывает величину перегрузочной способности данного асинхронного двигателя.

Свойства асинхронных двигателей.

1. В момент пуска асинхронный двигатель потребляет большой ток ( в 5 – 7 раз больше I_ном), что соответствует режиму короткого замыкания. А пусковой вращающий момент – небольшой, так как машина сильно размагничена. Поэтому рекомендуется запускать асинхронные двигатели без механической нагрузки на валу.

2. Асинхронные двигатели, работающие с начальной нагрузкой (тяговые, крановые, лифтовые) имеют фазный ротор, имеющий 3 контактных кольца для создания большего пускового вращающего момента.

3. Асинхронный двигатель боится однофазного пуска. Так как при питании однофазным током создается пульсирующее магнитное поле, которое не может раскрутить ротор машины, но двигатель в данном случае потребляет большие пусковые токи, которые могут привести к сгоранию изоляции статорных обмоток.

Примечание: асинхронный двигатель может работать от однофазной сети, но с предварительно раскрученным ротором. При этом величина критического вращающего момента уменьшается, следовательно, двигатель при таком питании обладает меньшей перегрузочной способностью.

4. Асинхронный двигатель боится снижения питающего напряжения. При снижении питающего напряжения на 30% (что вполне допустимо для многих питающих сетей), вращающий момент уменьшается в 2 раза и под действием механической нагрузки на валу ротор может остановиться, что может привести к сгоранию изоляции статорных обмоток из-за действия больших пусковых токов.

5. Для реверсирования асинхронного двигателя достаточно поменять местами любые две питающие фазы.

6. Одной из технических характеристик асинхронного двигателя является коэффициент cosφ,характеризующий дополнительные потери энергии в цепях переменного тока и, вследствие этого, уменьшение КПД (для машин переменного тока мощность Р=U*I*cosφ, cosφ примерно =0.7).

7. Регулировка скорости вращения требует изменения частоты тока f, т.е. дополнительного электронного (тиристорного) оборудования.

Прим. Преимущества асинхронных двигателей:

1.Из-за отсутствия коллектора нет проблем с коммутацией и искрением под щетками.

3.Возможность регулировки мощности с помощью изменения схемы подключения «звездой» и «треугольником».

4.Отсутствие изоляции в короткозамкнутых роторах.

5.Возможность питания от одной фазы.

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 14 ; Нарушение авторских прав

Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Частотник в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением

неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид:

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рисунка 1

Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.

Структура частотного преобразователя

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодули-рована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;
Сф – конденсатор фильтра;

Источник