Przetwornica częstotliwości do trójfazowego silnika elektrycznego

Zawartość:

Trójfazowe silniki asynchroniczne są od dawna stosowane w przemyśle i innych dziedzinach życia i działalności człowieka. Spośród wszystkich etapów przepływu pracy największą uwagę przywiązuje się do zapewnienia płynnego rozruchu i hamowania jednostki. Do spełnienia tego warunku konieczne jest zastosowanie przemiennika częstotliwości do trójfazowego silnika elektrycznego. Oprócz swojej głównej nazwy - przetwornica częstotliwości jest również znana jako falownik, napęd o zmiennej częstotliwości lub przetwornica częstotliwości AC.

Główną funkcją przemiennika częstotliwości jest sterowanie prędkością obrotową silników asynchronicznych, za pomocą których energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną. Ruch początkowy zamieniany jest na inne rodzaje ruchów niezbędnych do wykonania określonej operacji technologicznej. Zastosowanie przemienników częstotliwości pozwala na doprowadzenie sprawności silnika elektrycznego do 98%.

Urządzenie i zasada działania konwertera

Przetwornica częstotliwości reguluje prędkość obrotową trójfazowych silników elektrycznych typu asynchronicznego. Obrót uzyskany pod wpływem prądu elektrycznego zamieniany jest na ruch mechaniczny za pomocą specjalnych urządzeń napędowych. Prędkość obrotowa może być również kontrolowana przez inne urządzenia. Jednak wszystkie mają poważne wady w postaci wysokich kosztów, skomplikowanej konstrukcji i złej jakości. Ponadto zakres regulacji takich urządzeń jest całkowicie niewystarczający do normalnej pracy.

Wszystkie te problemy są skutecznie rozwiązywane za pomocą przetwornicy częstotliwości. Urządzenie to oprócz zapewnienia łagodnego startu i zatrzymania steruje również innymi procesami zachodzącymi w silniku. Zastosowanie chastotnika ograniczyło do minimum ryzyko awarii i sytuacji awaryjnych. Prędkość i płynną regulację zapewnia specjalnie zaprojektowany obwód przetwornicy częstotliwości dla silnika trójfazowego. W wyniku jego zastosowania znacznie wydłużył się czas ciągłej pracy silnika elektrycznego, udało się uzyskać znaczne oszczędności energii i jej wzrost.

Dzięki czemu można kontrolować prędkość obrotową silnika elektrycznego? Przede wszystkim zmienia się częstotliwość napięcia pochodzącego z sieci. Ponadto powstaje z niego normalne napięcie trójfazowe o wymaganej amplitudzie i częstotliwości, które jest zużywane przez silnik elektryczny. Kontrola prędkości odbywa się w dość szerokim zakresie. W razie potrzeby przetwornica częstotliwości umożliwia przełączenie obrotów wirnika w przeciwnym kierunku. Wszystkie korekty należy wprowadzić z uwzględnieniem danych paszportowych jednostki, biorąc pod uwagę maksymalną dopuszczalną prędkość i zainstalowaną moc.

Ogólne urządzenie przetwornicy częstotliwości pokazano na schemacie. Aparat składa się z trzech elementów:

  • Prostownik. Po podłączeniu do źródła zasilania generuje napięcie prądu stałego. W zależności od modyfikacji może być zarządzany lub niezarządzany.
  • Filtr. Zaprojektowany, aby wygładzić wyprostowane napięcie, więc jego konstrukcja zawiera kondensatory.
  • falownik. Bezpośrednio generuje napięcie o żądanej częstotliwości i dostarcza je do silnika.

Główna klasyfikacja chastotnikowa jest przeprowadzana w zależności od rodzaju kontroli prędkości. Istnieją dwa główne tryby:

  1. Tryb skalarny bez sprzężenia zwrotnego. W tym przypadku kontrolowane jest pole magnetyczne stojana.
  2. Tryb wektorowy ze sprzężeniem zwrotnym lub bez. Tutaj oddziałują pola magnetyczne wirnika i stojana, co jest brane pod uwagę w sterowaniu. Ten tryb optymalizuje moment obrotowy przy różnych prędkościach. Ta metoda kontroli jest uważana za bardziej dokładną i wydajną. Wymaga jednak specjalnej wiedzy i umiejętności, droższych w utrzymaniu.

Podłączanie i ustawianie przetwornicy częstotliwości

Podłączenie przetwornic częstotliwości jest szczególnie ważne dla prywatnych właścicieli urządzeń z silnikami asynchronicznymi. Wstępnie zaleca się zainstalowanie wyłącznika, który odłączy zasilanie sieci w przypadku możliwego zwarcia w jednej z faz.

W obwodach chastotniki dla silników asynchronicznych są połączone z silnikami elektrycznymi na dwa sposoby - „trójkąt” i „gwiazda”. Pierwszy schemat jest stosowany dla jednofazowych napędów o zmiennej prędkości, bez strat mocy. Takie chastotniki mają maksymalną moc 3 kW i są przeznaczone głównie do użytku w warunkach domowych. Schemat gwiazdy jest stosowany tam, gdzie istnieją trójfazowe sieci przemysłowe.

W celu ograniczenia prądu rozruchowego i zmniejszenia momentu rozruchowego rozruch silników o mocy powyżej 5 kW odbywa się według schematu mieszanego. „Gwiazda” jest używana w momencie rozruchu, gdy do stojana jest przyłożone napięcie. Po osiągnięciu przez silnik prędkości znamionowej zasilacz przełącza się na inny obwód „trójkąt”. Ta metoda nie jest stosowana wszędzie, ale tylko tam, gdzie można połączyć oba obwody jednocześnie.

Pilot podłącza się zgodnie ze schematem dołączonym do przemiennika częstotliwości. Dźwignia sterująca musi znajdować się w pozycji OFF przed rozpoczęciem instalacji i przed włączeniem zasilania. Gdy dźwignia zostanie przesunięta do pozycji ON, czynność ta zostanie potwierdzona przez lampkę kontrolną. W wielu modelach domyślnym startem jest naciśnięcie przycisku URUCHOM. Stopniowy wzrost prędkości silnika elektrycznego odbywa się poprzez powolne obracanie uchwytu pilota. Po osiągnięciu wymaganej prędkości rączka jest unieruchamiana w tej pozycji. Aby przełączyć tryb na obrót wsteczny, znajduje się przycisk cofania.

Własna produkcja przetwornicy częstotliwości

W ostatnim czasie w życiu codziennym rozpowszechniły się asynchroniczne silniki elektryczne małej mocy stosowane w napędach różnych urządzeń. Dlatego, aby nie kupować dla nich drogiego dodatkowego sprzętu, wielu domowych rzemieślników zapewnia regulację częstotliwości silników elektrycznych, wykonując konwertery własnymi rękami. W ten sposób uzyskuje się oszczędności energii przy zachowaniu mocy silnika.

Domowa sieć jednofazowa umożliwia podłączenie silnika elektrycznego, którego moc nie przekracza 1 kW. To dla takich jednostek powstają głównie domowe chastotniki. Konieczne jest wcześniejsze przemyślenie połączenia trójkątów, zaprojektowanego dla sieci jednofazowej. W tym celu wyjścia uzwojeń są połączone szeregowo ze sobą, zgodnie z zasadą łączenia wyjścia jednego uzwojenia z wejściem drugiego. Zaleca się również wcześniejsze sporządzenie obwodu przetwornicy częstotliwości zmontowanej samodzielnie.

Przed rozpoczęciem budowy musisz przygotować wszystkie niezbędne elementy i materiały. Możesz użyć dowolnego mikrokontrolera - analogu modelu AT90PWM3B i trójfazowego sterownika mostka podobnego do modelu IR2135. Dodatkowo trzeba zaopatrzyć się w 6 tranzystorów typu IRG4BC30W, 6 przycisków i wskaźnik. Wszystkie części znajdują się na dwóch płytkach połączonych ze sobą elastycznym kablem.

Uzupełniono projekt przetwornicy częstotliwości. Tę część można kupić jako gotową lub zmontowaną własnymi rękami zgodnie z osobnym schematem. Sterowanie pracą silnika odbywa się za pomocą zewnętrznego prądu sterującego lub mikroukładu IL300, który ma odsprzęgnięcie liniowe. Do montażu tranzystorów i mostka diodowego służy wspólny radiator. Przyciski sterujące są powielane przez transoptory OS2-4.

Jeśli silnik elektryczny ma małą moc, nie jest konieczne instalowanie transformatora na jednofazowej przetwornicy częstotliwości. Zamiast tego można użyć bocznika prądowego, w którym przewody mają przekrój 0,5 mm. Do niego podłączony jest również wzmacniacz DA-1, który pełni dodatkową funkcję pomiaru napięcia.

Konserwacja urządzenia podczas pracy

  • Przede wszystkim musisz na czas wyczyścić urządzenie od wewnątrz z kurzu. Główną procedurę przeprowadza się za pomocą odkurzacza, ale nie można w ten sposób przeprowadzić pełnego czyszczenia. Odkurzacz po prostu nie radzi sobie z grubymi i gęstymi warstwami nagromadzonego kurzu. Dlatego zaleca się stosowanie kompresora lub czyszczenie ręczne.
  • Dużą wagę przywiązuje się do terminowej okresowej wymiany elementów, części i zespołów. Zaleca się wymianę wentylatorów chłodzących po 2-3 latach pracy. Są terminy na bezpieczniki, pętle wewnętrzne i inne części. Z zastrzeżeniem tych warunków przetwornica częstotliwości dla silnika elektrycznego będzie działać znacznie dłużej.
  • Obowiązkowe jest monitorowanie temperatury wewnętrznej i napięcia magistrali. Zbyt wysoka temperatura prowadzi do negatywnych konsekwencji, gdy kondensatory ulegają zniszczeniu, a pasta termoprzewodząca zaczyna wysychać.
  • Zaleca się wymianę pasty przynajmniej raz na trzy lata. Temperatura otoczenia nie powinna przekraczać 40 stopni, a wilgotność i stężenie pyłu nie powinny przekraczać dopuszczalnych limitów.

Zalety przemienników częstotliwości w silnikach asynchronicznych

Silniki asynchroniczne mają wiele zalet w porównaniu z urządzeniami prądu stałego. Charakteryzują się prostą konstrukcją i wysoką niezawodnością. Dlatego do celów domowych i przemysłowych najczęściej wybierane są jednostki asynchroniczne.

Obecnie wielu użytkowników odmawia mechanicznej kontroli prądu podczas pracy silników. Ta metoda nie gwarantuje odpowiedniej jakości sprzętu. Zamiast tego od dawna stosuje się przetwornice częstotliwości. Elektroniczne sterowanie pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia energii przy zachowaniu własnej mocy silnika.

Przetwornice częstotliwości powinny być eksploatowane zgodnie ze specyfikacjami technicznymi zawartymi w dokumentacji urządzenia. Urządzenia domowej roboty zaleca się używać tylko w domu, a w produkcji używać sprzętu fabrycznego. Naprawa i konserwacja falowników powinna być wykonywana wyłącznie przez wykwalifikowany personel.

Polecamy lekturę