Для управления работой асинхронных электродвигателей используют различное оборудование: контакторы, устройства плавного пуска, трансформаторные регуляторы, преобразователи частоты и др. Это оборудование находится в различных ценовых сегментах и каждое имеет свой набор функций. В данной статье мы рассмотрим, что может решить установка преобразователя частоты.
Функция преобразователя частоты №1. Регулировка скорости вращения электродвигателя. Асинхронный электродвигатель вращается со скоростью равной частоте питающей сети помноженной на 60 и деленной на количество пар полюсов электродвигателя, далее от полученного значения отнимают скольжение ротора, которое зависит от уровня нагрузки на электродвигателе и может колебаться в пределах 1…10% от скорости без учета скольжения. Преобразователь частоты фиксированные значения питающей сети 380В/50Гц преобразует в изменяемые 0…380В и 0…50Гц. Также преобразователь частоты имеет встроенные алгоритмы, которые позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя от 0,5Гц до номинальной частоты без потери крутящего момента (рисунок 1).
Если подается частота выше номинальной, то начинает расти индуктивное сопротивление обмоток электродвигателя, из-за этого падает уровень потребляемого тока (рисунок 2).
При питании индуктивной нагрузки (которой является электродвигатель) потребляемый ток будет всегда отставать от питающего напряжения по фазе на 90 градусов. Также полярность тока всегда следует за полярностью напряжения. Синусоида напряжения начинает нарастать в положительной полярности, с запозданием начинает нарастать ток той же полярности. Достигнув своего пика, синусоида напряжения начинает снижаться, синусоида тока следует за напряжением. При смене полярности происходит тоже самое. На рисунке 2 на графике слева показан пример работы на частоте 50Гц. Так как синусоида напряжения остается дольше в одной полярности, синусоида тока успевает вырасти выше, чем в примере справа, где рассмотрена работа на частоте 100Гц. Таким образом частота напряжения напрямую влияет на уровень потребляемого тока. Чем ниже потребляемый ток, тем ниже момент двигателя.
Пример работы на номинальной скорости или ниже без потери момента (рисунок 3):
Так как на крюке подвешен груз, от электродвигателя требуется полный крутящий момент, работа может производится на скорости равной или ниже номинальной.
Пример работы на скорости выше номинальной с потерей по моменту (рисунок 4):
Так как на крюке нет груза, от электродвигателя не требуется полный крутящий момент, работа может производится на скорости выше номинальной для ускорения работы крана.
Функция преобразователя частоты №2. Плавный разгон/остановка электродвигателя с возможностью настройки широкого диапазона времени (рисунок 5), минимизируя пусковой ток, с сохранением высокого момента при запуске, без ограничения количества запусков (так как в процессе запуска не нагревается ни электродвигатель, ни преобразователь частоты).
Преобразователь частоты позволяет настроить время разгона (Тразг.) от нулевой до номинальной скорости (Fном) и время торможения (Тторм.) обратно до нулевой скорости в широких диапазонах, в зависимости от прошивки преобразователя частоты это время может быть от менее чем секунды до нескольких часов.
Пример применения плавного разгона для запуска насоса (рисунок 6):
За счет плавного запуска электродвигателя водяного насоса можно добиться полного устранения пусковых токов у электродвигателя и гидроударов в трубах.
Функция преобразователя частоты №3. Работа с электродвигателями, номинальная частота которых отличается от номинальной частоты питающей сети (рисунок 7).
Не все электродвигатели рассчитаны на работу со стандартной частотой питающей сети 50Гц. У некоторых электродвигателей номинальная частота может быть равна 100, 200, 400Гц, а также многим другим значениям. В таких случаях установка преобразователя частоты позволит запустить и выйти на номинальные рабочие характеристики электродвигатель с нестандартной частотой.