Частотное управление двигателем

Частотное управление скоростью вращения асинхронного двигателя широко применяется в трёхфазных электрических приводах самого различного назначения. Использование приёма управления двигателем с помощью частотных преобразователей позволило разработчикам оборудования этого класса добиться ряда преимуществ, среди которых особо выделим следующие:

• «смягчение» режима запуска, позволяющее снизить величину стартовых токовых нагрузок;
• возможность плавного регулирования (при торможении и реверсе, в частности), а также управления производительностью привода;
• существенное снижение энергопотребления.

Ко всему вышеперечисленному следует добавить, что возможности систем частотного управления асинхронными электродвигателями допускают использование их совместно с приводами постоянного тока. Помимо этого, с введением электронных компонентов в цепи управления такими механизмами удаётся повысить КПД (эффективность) их работы и довести этот показатель до 95%.

Метод частотного управления двигателем

Возможность изменения режима работы асинхронной машины объясняется тем, что скорость вращения её вала функционально зависит от частоты напряжения питания. Для формирования такого воздействия используются специальные блоки, оформленные в виде шкафа управления двигателем частотным преобразователем с реверсом. В этих устройствах входное напряжение постоянной частоты и амплитуды превращается в управляющий сигнал с переменными характеристиками, обеспечивающими изменение скорости вращения исполнительного механизма.

Пояснение: Известно, что при постоянстве вращательного момента на валу сила тока в питающих цепях зависит от величины нагрузки, изменение которой приводит к колебаниям входного напряжения. При преобразовании этих колебаний в изменение частоты питающего сигнала, магнитный поток и момент на валу практически не меняются, что позволяет ограничить амплитуду пусковых токов.

В результате описанных процессов при работе частотно управляемого асинхронного двигателя происходит постоянная «подстройка» указанных выше параметров под величину рабочей нагрузки. При этом неэффективные потери заметно снижаются, что обеспечивается поддержанием коэффициента скольжения на фиксированном уровне (независимо от скорости и нагрузи на валу).

Устройство частотного преобразователя управления двигателем

Перед ознакомлением с устройствами управления электродвигателем обратим внимание на то, что в них применяется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения. Для его получения в состав модуля частотного управления асинхронными электродвигателями должны входить следующие узлы:

• выпрямительный узел;
• внутренний сглаживающий фильтр;
• выходной блок (инвертор), изготовленный на базе мощных транзисторов.

Два первых блока необходимы для получения исходного постоянного напряжения, преобразуемого в инверторе в сигнал с требуемой структурой и параметрами.

Обратите внимание: Мощные выходные транзисторы в составе модуля частотного управления двигателем работают в ключевом режиме, для которого характерны значительные по величине рабочие токи (порядка нескольких тысяч ампер). Действующие на выходе напряжения с частотой дискретизации порядка 30 кГц также могут достигать больших значений (нескольких кВ).

Особенности подключения частотного управления к электродвигателю

При включении преобразователей в линии управления асинхронной машиной обязательно использование специальных сетевых дросселей (так называемых DC-реакторов), позволяющих отфильтровать гармоники, образующиеся в процессе инвертирования сигнала. Помимо этого, установленный на входе модуля частотного управления электродвигателем дроссельный фильтр препятствует снижению действующего напряжения на его обмотках, повышая тем самым показатель полезной мощности.

Таким образом, введение DC-реакторов во входные цепи обеспечивает следующие условия для нормальной работы всей управляющей системы:

• существенное ослабление высших гармоник;
• снижение потерь;
• продление срока службы основных и вспомогательных устройств (полупроводников и конденсаторных батарей, в частности).

Единственным недостатком дросселя, устанавливаемого на входе шкафа управления двигателем с частотным преобразованием сигнала, является возможность нежелательного резонанса, который может проявиться в линии электроснабжения (такой эффект может наблюдаться при несогласованности сопротивлений реактора и элементов питающих линий).

Заключение

В заключение отметим, что помимо всех перечисленных ранее достоинств электронные устройства управления асинхронными двигателями имеют стандартный интерфейс с унифицированными выходными сигналами. Последнее обстоятельство позволяет использовать их для подключения к управляющим системам более высокого уровня, а также к устройствам отображения информации и дистанционного управления.

Таким образом, современные управляющие модули сочетают в себе инновационные технологии и уникальные возможности с гарантией надёжности и приемлемой ценой!