Не везде есть трёхфазная сеть, а иногда нужно подключить какой-нибудь станок с трехфазным двигателем. Для решения подобной задачи используются преобразователи частоты с однофазным питанием.
У преобразователя частоты на входе фаза и ноль, а на выходе три фазы по 220 вольт. Не 380 вольт, а именно три фазы по 220 вольт! На самом двигателе в БРНО (блок расключения начал обмоток) на крышке указана схема подключения: в треугольнике — 220 вольт, а в звезде — 380 вольт. Также эту информацию пишут на шильдике мотора ∆/Y 220/380. Чтобы двигатель работал с преобразователем частоты, у которого на выходе 3 фазы по 220 вольт, нужно в БРНО обязательно переключить со звезды на треугольник!
Порядок подключения следующий:
Перед преобразователем частоты ставим 2-полюсный автоматический выключатель с вольт-амперной характеристикой B. На автомате должно быть написано не С и не D. С преобразователями частоты используем только B! От автоматического выключателя подаем фазу и ноль на вход преобразователя частоты. Входы могут быть указаны как L1(L) и L2(N). С выходных клемм преобразователя частоты U, V, W подаём 3 фазы по 220 вольт на двигатель, подключенный в треугольник. Всё! Больше ничего не требуется!
Тема закрыта, расходимся. Дальше можно не читать!
У нас три элемента: автоматический выключатель, преобразователь частоты и сам двигатель. Между ними, кроме проводов, ничего не должно быть, за исключением специального оборудования, предназначенного для работы с преобразователями частоты (ЭМС-фильтры, дроссели). Дроссели и фильтры используются нечасто, пока пропустим эту тему.
Если стоял контактор, то сразу выкидываем его. Если выкидывать жалко, пусть остаётся на том же месте, но подключать его категорически НЕЛЬЗЯ! Неважно, перед преобразователем или перед двигателем — никаких контакторов быть не должно! Запрещено выключать контактор, когда преобразователь частоты находится в режиме работы. Это приводит к повреждению силовых модулей преобразователя частоты. Если необходимо использовать контактор для управления преобразователем частоты, минимальный интервал между включениями должен составлять не менее одного часа. Это связано с тем, что частые циклы зарядки и разрядки конденсаторов в звене постоянного тока преобразователя частоты могут сократить срок их службы. Как обеспечить этот интервал, может, через таймер? Нет контактора, а значит, и нет такой задачи! Соответственно, и автоматический выключатель нельзя часто включать и выключать. Первый раз включили автоматический выключатель и больше не выключаем. В конце смены или дома при завершении работ тоже не надо лезть в щиток и трогать автомат. Можно выключить из соображений безопасности. Что бы пока вас нет, никто не залез, но в этом нет крайней необходимости. Вы же не обесточиваете полностью дом (квартиру), когда ложитесь спать?
Как включать преобразователь частоты правильно?
Легко! На преобразователе для этого есть кнопка «Пуск». Если нужно включать преобразователь частоты дистанционно, тогда нужно взять любую кнопку с нормально-открытым контактом и поставить её в любом месте. На преобразователе, кроме силовых контактов, есть клеммы управления (дискретные входы). Кнопка «Пуск» обычно подключается к клеммам COM и D1. У разных производителей может быть разная маркировка этих клемм, и, допустим, вместо D1 может быть X1 или другая буква. Схема подключения есть в каждой инструкции к преобразователю. Но просто подключить недостаточно. В инструкции нужно найти параметр «источник команд управления». Чтобы выбрать внешнее управление вместо пульта преобразователя, нужно вместо заводских настроек со значением 0 поставить значение 1 — клеммы. У разных производителей по разному, поэтому нужно смотреть инструкцию.
Как же из 220 сделать 380 Вольт?
Разберемся с принципом работы преобразователя.
Принцип работы частотного преобразователя основан на зависимости скорости вращения вала двигателя от частоты напряжения на обмотках статора: чем выше частота, тем больше скорость вращения. Процесс происходит в три этапа: выпрямитель — на входе переменное напряжение сети преобразуется в постоянное напряжение; звено постоянного тока — полученное постоянное напряжение сглаживается с помощью мощных конденсаторов, образуя стабильный источник энергии; инвертор — берет энергию из звена постоянного тока и с помощью сверхбыстрых транзисторных ключей «нарезает» её, формируя на выходе новое переменное напряжение с заданной частотой и амплитудой.
Простыми словами — преобразователь получил переменное напряжение, выпрямил его и с помощью «мозгов» (процессора) и транзисторных ключей сделал опять переменное напряжение, частоту которого можно регулировать.
Как видно из принципа работы преобразователя частоты, он не повышает напряжение. В нем просто нет такой функции! Чтобы повысить напряжение с 220 до 380, нужен повышающий трансформатор, которого в преобразователе нет!
Преобразователь частоты с 220 на 380 Вольт, к счастью или к сожалению, невымышленный «персонаж». Китайские умельцы собирают такие «устройства». Можно найти на AliExpress и на отечественных маркетплейсах, кажется, даже с инструкциями на русском языке. Хотя через мои руки прошли уже тысячи разных преобразователей, лично не сталкивался с преобразователями 220 на 380 Вольт и не знаю, какое именно техническое решение там реализовано.
Там, где нет трехфазной сети, повсеместно применяются преобразователи частоты с однофазным питанием и на выходе 3 фазы по 220 вольт. Три фазы по 220 в моторе подключаем в треугольник, и всё прекрасно работает — без падения мощности и крутящего момента. Если на двигателе указано напряжение 380/660, то мощность мотора уже 5,5 кВт и выше. К сожалению, моторы 5,5 кВт и выше от однофазной сети подключить не получится, необходимы только 3 фазы с напряжением 380 вольт!
Ещё важный момент: иногда после перемотки электродвигателей выводят только 3 провода вместо положенных 6. Это значит, что внутри звезда и подключить можно только к сети 380 В. Можно опять же обратиться к перемотчикам и вывести в борно, как положено, 6 проводов; в ином случае придётся приобретать новый двигатель.
Производители, которые представлены на нашем рынке, выпускают преобразователи с однофазным питанием и выходом 3 фазы по 220 вольт номиналом только до 2,2 кВт, некоторые ещё и до 4 кВт.
Если электродвигатель установлен на станке, то обязательно нужен преобразователь с векторным режимом, который обеспечит максимальный крутящий момент. Разберемся с теорией.
Скалярное управление. Принцип работы основан на поддержании постоянного отношения напряжения к частоте (U/f = const) в рабочем диапазоне скоростей. При изменении частоты питания автоматически регулируется напряжение для поддержания стабильных рабочих характеристик.
Векторное управление. Принцип работы предполагает раздельное и прямое управление величинами, определяющими момент и поток двигателя: током, создающим магнитный поток, и током, создающим момент. Для этого используется математическое преобразование координат, переводящее трёхфазные переменные в систему координат, вращающуюся вместе с вектором потокосцепления ротора.
В отличие от скалярного метода, который регулирует только частоту и напряжение, векторное управление позволяет отдельно контролировать магнитный поток и момент, действующий на вал двигателя. Это обеспечивает высокую динамику и точность регулирования даже при изменении нагрузки.
Типы векторного управления:
1. Без датчика обратной связи (бездатчиковое). Использует измеренные значения тока и напряжения для оценки параметров двигателя. Обеспечивает хорошее управление моментом на высоких скоростях, но может иметь ограничения на низких скоростях и при больших нагрузках.
2. С датчиком обратной связи (сенсорное). Использует энкодер или тахогенератор, установленный на валу двигателя, для измерения фактической скорости и положения ротора. Обеспечивает максимально точное управление скоростью и моментом во всём диапазоне скоростей, включая низкие.
Преимущества векторного управления:
— высокая точность управления скоростью и моментом, включая низкие скорости;
— отличные динамические характеристики: позволяет быстро изменять скорость и поддерживать постоянный момент при резких изменениях нагрузки;
— оптимальное энергопотребление;
— улучшенная устойчивость к перегрузкам и колебаниям нагрузки;
— возможность реализации сложных функций управления, например, управления положением.
Скалярный режим работы — это «студент», а векторный режим работы — «профессор». С большинством задач, таких как управление вентилятором, насосом и даже мешалкой, справится студент, а если у нас токарный станок по металлу, нам нужен только векторный профессор!