В каждой мастерской используется станок или другое оборудование для работы, будь то компрессор, дедовское «точило», сверлильный станок или «токарник». Но есть одна проблема: чаще всего в станках используют трёхфазные асинхронные электродвигатели, а в мастерских и гаражах зачастую однофазное электроснабжение. Поэтому такие двигатели подключают к сети с помощью фазосдвигающих конденсаторов.
Но такое решение приводит к двукратному снижению мощности, а запуск двигателя под нагрузкой происходит тяжело, могут и автоматы сработать... Решить эту проблему можно с помощью частотного преобразователя.
Немного теории
Частотным преобразователем называется источник питания, на выходе которого формируется переменное напряжение с регулируемой частотой. Для чего он нужен? Дело в том, что обороты ротора асинхронного двигателя связаны с частотой питающей сети, и рассчитываются по формуле:
Для уменьшения оборотов можно ввести в цепь статора какой-либо балласт, например, дополнительное сопротивление или автотрансформатор, в этом случае уменьшается напряжение на обмотках двигателя, но, снижается момент на валу, простыми словами — двигатель будет крутить слабее и ухудшатся характеристики.
На рисунке ниже вы видите механические характеристики асинхронного двигателя с разным напряжением питающей сети, где вертикальная ось – обороты, а горизонтальная – момент. На нем видно, что с уменьшением напряжения снижается момент (в этом случае он прямо пропорционален квадрату напряжения.). Такое решение допустимо для двигателей, приводящих в движения вентилятор, а для использования в станках, инструментах и других механизмах оно не подходит.
Это значит, что для изменения оборотов исполнительного механизма (шпинделя станка, скорости намотки троса грузоподъемного механизма и т.д.) можно использовать редукторы и ременные передачи, но если нужно плавно изменять (регулировать) число оборотов во время работы, то такой способ уже не подходит.
Для регулировки оборотов асинхронного двигателя лучше всего подойдет частотный преобразователь, а в электротехнике такое решение называют «частотно-регулируемый электропривод». С его помощью можно регулировать частоту вращения вала в широких пределах, а механические характеристики остаются жесткими — момент на валу слабо изменяется, или вообще не изменяется.
Стоит отметить и то, что при изменении частоты изменяется и напряжение, это связано с тем, что с ростом частоты увеличивается индуктивное сопротивление, а с понижением — уменьшается. Соответственно ток через обмотку изменяется, и если не изменять напряжение — в области низких частот двигатель перегреется и сгорит. Изменение напряжения может быть линейным и описываться соотношением U/F=const, или нелинейным, что зависит от типа частотного преобразователя.
Итак, подведем краткие итоги:
- Асинхронные двигатели при подключении к однофазной сети работают «вполсилы».
2. Регулировать его обороты лучше всего изменением частоты питающей сети.
3. Частотный преобразователь позволяет изменять частоту и напряжения питания на обмотках электродвигателя.
Виды регулирования (скалярное и векторное) в пределах этой статьи рассматриваться не будут.
Частотные преобразователи с однофазным входом
Современной промышленностью выпускаются частотные преобразователи с однофазным входом, мощностью до 5.5 кВт (реже встречаются и до 7 кВт). Их основная особенность — это входное однофазное напряжение 220В, а выходное — трехфазное 220В. Именно линейное 220 вольт. Незнание этого факта введет вас в заблуждение при покупке таких товаров на алиэкспресс (или в других китайских магазинах с машинным переводом названий товаров). Дело в том, что частотные преобразователи не повышают выходное напряжение до 380В, они могут только понижать в соответствии с установленной частотой.
Некоторые частотные преобразователи можно подключать и к однофазной и к трёхфазной сети, возможность такого подключения лучше уточнять в инструкции, поскольку в некоторых приборах срабатывает защита при «однофазном» включении.
Это значит, что к 220В частотным преобразователям нужно подключать двигатель соответствующим образом. Рассмотрим несколько вариантов:
- Если это старый трёхфазный двигатель и у него на шильдике указано номинальное напряжение 127/220 — его обмотки подключаются по схеме звезды.
2. Если на шильдике двигателя указано номинальное напряжение 220/380 — его обмотки соединяют по схеме треугольника.
3. Если двигатель рассчитан на 380/660В — его, вообще, не нужно подключать к таким частотным преобразователям, они рассчитаны на подключении к трёхфазной сети напряжением 380В по схеме треугольника, а зачастую при пуске их обмотки соединяют звездой для уменьшения пусковых токов.
Итак, вы можете подключить трёхфазный двигатель к однофазной сети через частотный преобразователь, и он будет отдавать свою паспортную мощность.
Что они умеют?
Итак, теперь давайте поговорим о том, какими возможностями обладает современный частотный преобразователь:
- Плавный пуск. Функция плавного пуска позволяет запускать двигатели под нагрузкой без пусковых токов, которые при прямом включении могут перегрузить проводку и привести к срабатыванию автоматических выключателей.
- Реверс. Возможность изменять направления вращения двигателя без использования двух пар контакторов – одна из полезных функций, без которой нельзя представить работу токарного станка.
- Быстрая остановка двигателя.
- Возможности подключения выносных пультов для дистанционного включения, выключения, реверсирования и регулировки оборотов. В большинстве частотных преобразователей есть клеммы для подключения дополнительных органов управления, которые будут полезны, если прибор установлен где-то в закрытом щите и доступ к его основной панели управления затруднен или невозможен. В качестве органов управления могут использоваться кнопки или переменный резистор (для плавной регулировки, он подключается к аналоговому входу).
Как подключаются?
Схема подключения хоть и отличается в каждом конкретном преобразователе, но, в общих чертах, она подобна, ниже приведена схема из инструкции к Schneider Electric ATV12.
Пояснения к схеме:
(1) Контакты реле R1, индикация состояния преобразователя частоты.
(2) Внутренний источник питания +24В DC. При использовании внешнего источника питания (30В максимум) выход 0В источника питания подключается к клемме COM преобразователя частоты. При этом клемма "+24V" преобразователя частоты не используется.
(3) Каталожный номер потенциометра SZ1RV1202 (2.2 кОм) или аналогичный (максимальное значение 10 кОм).
(4) Дополнительное оборудование: тормозной модуль VW3A7005.
(5) Дополнительное оборудование: тормозное сопротивление VW3A7ppp или иное с аналогичными характеристиками. Допустимые значения параметров тормозных сопротивлений приведены в каталоге.
К разъёмам LI1, LI2, LI3, LI4 подключаются кнопки «Вперед», «Назад», «Стоп» и пр. (настраивается).
Примечание:
- Для всех цепей с индуктивностями вблизи преобразователей частоты необходимо использовать ограничители перенапряжений (реле, контакторы, электромагнитные клапана и т.д.).
- Клемма заземления (винт с зеленой головкой) расположена на противоположной стороне клеммника по сравнению с ATV11, см. наклейку со схемой подключения.
Из этой схемы видно, что эта серия преобразователей частоты выпускается в разных исполнениях, которые рассчитаны на подключение как к однофазной сети, так и к трёхфазной с линейным напряжением 200-240В. Нас интересует вторая схема подключения питания «ATV12…M2». На самом приборе расположена и наклейка, с уменьшенной версией этой схемы, но она будет полезна при монтаже.
Заключение
На сегодняшний день стоимость частотного преобразователя с однофазным входом и трёхфазным выходом начинается в среднем от 100 долларов. Это немалая сумма для повсеместного применения, но для стабильного запуска и работы компрессора или работы токарного станка с полной отдачей мощности – не слишком и дорого. Кроме возможностей регулировки частоты и изменения направления вращения большинство частотных преобразователей позволяют использовать различные средства защиты двигателя, например, от перегрева и других неисправностей.
Специально для vk.com/etm_company
