Пуск асинхронного электродвигателя можно осуществлять напрямую от сети, но при наличии больших нагрузок ток в двигателе может превышать номинальный в 6 и более раз. В следствии частых пусков такого двигателя, из-за перегрева, изоляция может выйти из строя, что приводит к поломке всего привода. Данный факт наводит нас на мысль о том, что процесс пуска необходимо контролировать. Привод, в целом, можно разделить на два вида:
· Регулируемый
· Нерегулируемый
В задачах, где скорость вращения механизма можно регулировать, при этом не уменьшая эффективность выхода, можно задуматься о снижении потребления электричества и повышения ресурса элементов системы, путём введения обратной связи(ОС). В данной статье вкратце разобран принцип выбора управляющего преобразователя для электродвигателя.
Пуск и нагрузка электропривода.
В зависимости от конечной нагрузки, будь то центробежный вентилятор, приводной конвейер, динамический насос или обычный подъездный лифт, нам нужно понять, присутствует ли необходимость регулировать скорость привода.
Насосный агрегаты, стоящие в подвалах жилых домов, вращаются с одной и той же скоростью в течении всего рабочего времени. Очевидно, что ночью потреблении воды в квартирах минимально, и скорость двигателя можно понизить, тем самым экономя электроэнергию и ресурс двигателя. А лифт непрерывного действия, например, не нуждается в регулировании скорости.
Пуск двигателя грубо можно разделить на три вида:
· Лёгкий пуск. Пусковой ток не превышает 3 номинала и пуск длится меньше 20с. Примерами может служить: винтовые и центробежные компрессоры, привода конвейеров, различные сверлильные и токарные станки и т.п.
· Тяжелый пуск. Пусковой ток находится в диапазоне от 3 до 5 номиналов и пуск длится дольше 30с. Примерами являются цементные насосы, бетономешалки, компрессоры под нагрузкой, различные лебёдки и т.п.
· Особо тяжёлый пуск. Пусковой ток превышает номинальный свыше 5 номиналов (7-10) и длится больше минуты. Это поршневые насосы, различные центрифуга, шаровые мельницы и т.п.
После того, как мы разобрались с пуском и нагрузкой, нам необходимо понять, что же нам стоит выбрать УПП или ПЧ?
Принцип работы устройства плавного пуска и его выбора.
Устройство плавного пуска(УПП) необходимо для обеспечения линейно нарастающего напряжения питания двигателя, в целях уменьшения пусковых токов и согласования момента на валу с нагрузкой.
Силовая часть обычного устройства плавного пуска представляет собой два или три встречно-параллельных тиристоров и, подключенные к ним, обходной контакт. Плавное нарастание напряжения обеспечивается регулировкой проводимости (временем работы) этих самых тиристоров. После пуска двигателя, обходные контакты переключают двигатель на питание от сети.
Для выбора, подходящего под определённую задачу УПП, стоит обратить внимание на следующие характеристики:
· Мощность устройства
Одним из самых важных критериев выбора устройства является его мощность. Мощность устройства плавного пуска должно быть рассчитана с учётом количества пусков двигателя и подключаемой к нему нагрузки. Должно выполняться главное условие P(упп) > P(двиг)
То есть, мощности УПП должно хватать для пуска на номинальную нагрузку привода.
· Количество фаз
По количеству фаз УПП бывают двухфазными и трёхфазными. Двухфазные имеют меньшую цену и габарит, но они подходят только для лёгкого пуска, так как они вносят несимметрию токов и напряжений. Во всех остальных случаях нам необходимо полноценное трёхфазное УПП.
· Функция шунтирования
Для достаточно мощных установок нам необходимо обеспечить функцию шунтирования пусковых тиристоров, то есть переключение двигателя на питание от сети, с целью избегания перегрева тиристоров. Такая функция может быть встроена в УПП или же нам будет необходимо докупать внешний контактор, который по внешнему сигналу будет шунтировать тиристоры.
· Способ управления
По способу управления данные устройства делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые в большинстве случаев имеют более гибкое управление и большее количество защит, но и соответственно большую цену.
· Функциональность и дополнительные функции.
Часто при решении задач от УПП требуются такие функции как, кратковременный пуск на пониженной скорости, функция динамического торможения, толчковый пуск, снижения напряжения питания при малой нагрузке и другие.
Принцип работы преобразователя частоты и его выбора.
Преобразователь частоты(ПЧ), в отличии от УПП, не только контролирует пуск двигателя, но и полноценно им управляет. Управление асинхронным приводом легче всего осуществлять с помощью изменения частоты питающего напряжения, что и обеспечивает преобразователь частоты.
На вход преобразователя частоты подаётся сетевое (синусоидальное) напряжение, проходя через диодный мост и последующий фильтр, оно преобразуется в постоянное, далее применяются IGBT-ключи, управляемые драйвером, которые превращают постоянное напряжение в широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). То есть на выходе преобразователя частоты мы имеем прямоугольные импульсы, но за счёт индуктивностей обмоток статора они превращаются в напряжение близкое к синусоиде.
Так как преобразователь частоты является более сложным устройством, нам необходимо охватить более широкий спектр параметров.
· Мощность устройства
Как и при выборе УПП сначала необходимо обратить внимание на мощность преобразователя частоты. Критерий выбора аналогичен.
Здесь необходимо обратить внимание на перегрузочную способность преобразователя частоты.
· Электромагнитная совместимость (ЭМС)
Так как преобразователь частоты является источником гармонических и радиочастотных помех, необходимо учитывать условия работы сопутствующего оборудования. При высоких показателях искажения сети следует применять сетевые фильтры.
· Назначение
Частотные преобразователи бывают общепромышленного и специализированного исполнения. Последние разработаны под решение одной определённой задачи, как например, управление лентой конвейера, управление насосом или вентилятором. Такие преобразователи имеют набор базовых настроек и функций, что облегчает работу с оборудованием.
· Способ управления
При управлении двигателем с помощью преобразователя частоты, существуют два метода управления:
- Скалярное
- Векторное
Векторное управление требует применение более сложных и дорогих систем с датчиками, но оно является более точным. Скалярное управление не требует дополнительных датчиков и поддерживается во всех преобразователях частоты.
· Функциональность и дополнительные функции.
Здесь необходимо обратить внимание на количество дискретных и аналоговых входов и выходов, наличие режимов рекуперации (отдачи энергии в сеть), наличие различных защит и встроенных функций, таких как защита от сухого хода или обрыв ремня в передачи.
· Поддержка протоколов связи
В большинстве решаемых задач, к преобразователю частоты необходимо подключать дополнительное оборудование. Для обмена данными между устройствами, нам необходимо убедиться, что преобразователь частоты поддерживает используемый протокол связи, такие как, CAN, CAN-OPEN, MODBUS RTU, и другие.
Итог
Устройства плавного пуска целесообразно применять в нерегулируемых электроприводах с целью снижения потребления электроэнергии и экономии ресурса оборудования, путём снижения пусковых токов. Преобразователь частоты - это более сложное устройство, целью которого является регулирование скорости двигателя. Из этого следует что преобразователь следует применять в задачах, где необходимо регулировать скорость механизма, или, как и в случае с УПП, с целью экономии энергии и ресурса устройств, изменяя скорость привода.
В дальнейшем ждите ещё больше интересных статей на нашем канале, чтобы не пропустить их, подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен.
