Принцип работы чрп электродвигателей. что такое частотный преобразователь, как он работает и для чего нужен

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.

Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

Данное выражение означает, что для сохранения постоянного магнитного потока, означающего сохранение перегрузочной способности электромотора, следует одновременно с преобразованием частоты корректировать и уровень питающего напряжения. Если сохраняется выражение, вычисленное по формуле:

то это означает, что критический момент не изменен. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что значат эти характеристики, то в этом случае регулировка происходит без потери мощности и момента.

Достоинствами данного метода являются:

плавное регулирование;
изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону;
жесткие механические характеристики;
экономичность.

Недостаток один — необходимость в частотном преобразователе, т.е. увеличение стоимости механизма. К слову, на современном рынке представлены модели с однофазным и трёхфазным входом, стоимость которых при мощности 2-3 кВт лежит в диапазоне 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной регулировки привода станков в частной мастерской.

Переключение числа пар полюсов

Данный метод применяется для многоскоростных двигателей со сложной обмоткой, позволяющей изменять число пар ее полюсов. Самое широкое применение получили двухскоростные, трехскоростные и четырехскоростные АД. Принцип регулировки проще всего рассмотреть на основе двухскоростного АД. В такой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется при подключении их последовательно или параллельно.

В четырехскоростном электродвигателе обмотка выполнена в виде двух независимых друг от друга частей. При изменении числа пар полюсов первой обмотки производится изменение скорости работы электромотора с 3000 до 1500 оборотов в минуту. При помощи второй обмотки производится регулировка вращения 1000 и 500 оборотов в минуту.

При изменении числа пар полюсов происходит и изменение критического момента. Для его сохранения неизменным, требуется одновременно с изменением числа пар полюсов регулировать и питающее напряжение, например, переключением схемы звезда-треугольник и их вариациями.

Достоинства данного метода:

жесткие механические характеристики двигателя;
высокий КПД.

ступенчатая регулировка;
большой вес и габаритные размеры;
высокая стоимость электромотора.

Принцип работы

: По какому принципу работает асинхронный двигатель?

При подаче на трехобмоточный статор двигателя трехфазного напряжения от электрической сети переменного тока, происходит возбуждение магнитного поля, оно вращается со скоростью большей, чем скорость, с которой вращается ротор, в (n2<n1). Пересечение линий вращающегося поля статора полем ротора способствует созданию электродвижущей силы (ЭДС). Под воздействием индутируемой ЭДС, в закороченной роторной обмотке, происходит возникновение электрического тока. Когда происходит взаимодействие электрического тока в роторе машины и магнитного поля статора происходит возникновение крутящего момента, который заставляет двигатель работать.

Асинхронные электродвигатели

Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:

Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:

Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
Допустимость кратковременных перегрузок.
Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.

Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:

Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
Высокие пусковые токи при прямом запуске.

Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.

Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:

Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
Возможность регулировки скорости.

Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.

Напряжение и схема подключения

Как отмечалось выше, схему соединения обмоток выбирают исходя из доступного линейного напряжения в трёхфазной сети. Наиболее распространенное напряжение в РФ это 380/220. Допустим, что у нас есть двигатель, шильдик которого выглядит, как показано на фотографии:

Здесь мы видим обозначение «треугольник/звезда» и напряжения «220/380В» — это значит, что если линейное напряжение в сети 380 – использовать «звезду», как зачастую и делают. Но если линейное напряжение в трёхфазной сети равно 220В, то нужно подключать этот двигатель по схеме «треугольник» (такое встречается и сегодня на старых предприятиях или отдельных участках электросети с напряжениями 220/127 вольт).

Также на эти цифры обращают внимание, когда двигатель подключают к однофазной сети, хоть через фазосдвигающий конденсатор, хоть через частотный преобразователь с однофазным входом и трёхфазным выходом, всегда выбирают ту схему обмоток, которая рассчитана на подключение к сети 220В. Порой попадаются и старые электродвигатели, в которых обмотки рассчитаны на номинальные напряжения 127/220 и они не предназначены для прямого включения в трёхфазную электросеть с линейным напряжением 380В

Их можно подключать только к однофазной сети через конденсатор или частотник, как было отмечено выше, но в этом случае обмотки уже нужно соединять «звездой»

Порой попадаются и старые электродвигатели, в которых обмотки рассчитаны на номинальные напряжения 127/220 и они не предназначены для прямого включения в трёхфазную электросеть с линейным напряжением 380В. Их можно подключать только к однофазной сети через конденсатор или частотник, как было отмечено выше, но в этом случае обмотки уже нужно соединять «звездой».

На предприятиях часто используются мощные электродвигатели, в которых наоборот, схема «треугольник» рассчитана на питание напряжением 380В, а звезда 660В (тогда на шильдике указывается 380/660). Такие двигатели, зачастую, используются, чтобы снизить пусковые токи при пуске, посредством переключения обмоток со схемы «звезда» на схему «треугольник», так как это дешевле, чем использовать частотник или устройства плавного пуска в этих же целях.

Обращайте внимание на то, что написано на шильдике. Неправильное подключение двигателя опасно его преждевременной смертью

Как запустить мотор с использованием эфира

Ограничитель агрегата ограничивает максимальные обороты копенчатого вала двигателя. Поэтому чтобы запустить двигательно и привести в нормально состояние, необходимо воспользоваться диэтиловым эфиром.

Высокая летучесть концентрата и температура воспламенения отлично реагируют на процесс и помогают в запуске двигателя. Если вы не умеете пользоваться коварным веществом, тогда лучше доверить дело профессионалам, чтобы избежать серьезных последствий.

Скорость сгорания эфира достаточно велика. Поэтому при неправильном применении соотношения, можно вызвать взрывной эффект. Чтобы предотвратить подобные последствия, специалисты пользуются дополнительными компонентам, которые отлично взаимодействуют с эфиром. Если процесс проводится в зимний период, тогда следует подумать об эксплуатации двигателя.

Многие специалисты рекомендуют использовать бензиновый, качественный движок. Чтобы не перезагружать свой бюджет лишними затратами, желательно хорошо подумать обо всех деталях и только после этого подобрать соответствуюбщий автомобиль. Рекомендуемый предмет, позволит передвигаться без лишних затрат.

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD)

При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель

Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

Как устроен фазный ротор?

Фазный ротор содержит обмотки в виде катушек с витками. Эти катушки соединены по схеме «звезда». Конец каждой обмотки соединён с ответствующим кольцом. При подаче напряжения на статор на каждом кольце появляется напряжение. В скользящем контакте с кольцом находится щётка, которая даёт возможность подключения внешних элементов. Эти элементы являются частью схемы управления. Она получается более простой, по сравнению с теми схемами, которыми движок управляется со стороны статора. Чаще всего схема управления содержит набор резисторов.

Они подключаются по мере разгона вала. Хотя такой способ управления пуском асинхронного двигателя не самый экономичный, он наиболее часто применяется на практике в силу своей простоты и минимума коммутационных помех. Ограничение тока ротора это не только возможность плавного запуска двигателя, но и ограничение скорости вращения вала. Но тогда более рациональным решением будет использование индуктивностей вместо резисторов. Иллюстрации, показывающие особенности конструкции асинхронного движка с фазным ротором показаны далее.

При автоматическом управлении лучше всего применять реле или полупроводниковые коммутаторы, которые параллельно стартовому резистору подключают новые резисторы, постепенно уменьшая их суммарное сопротивление до нуля с шунтированием всех резисторов последним коммутатором или контактами реле. Для наиболее плавного пуска необходимо использовать реостат 1, который на схеме слева включён в электрической цепи ротора и своими ползунками 5 соединён с кольцами 2 через клеммы щёток 3. Движок начинает работать после замыкания контактов рубильника 4. При этом ползунки реостата должны быть установлены в положение «Пуск».

В этом положении сопротивлении реостата максимально. Вал движка начинает вращаться. Перемещение ползунка будет приводить к разгону вала до максимальной скорости, которая появится при нулевом значении сопротивлении реостата. Однако есть ещё одно следствие такой регулировки двигателя с фазным ротором. Меняется связь крутящего момента и скольжения. Этот эффект показан на графике ниже. При определённой величине сопротивления в цепи ротора максимум крутящего момента смещается в сторону более высоких оборотов движка, как на кривой 2. Кривая 1 соответствует нулевому значению сопротивления в цепи фазного ротора.

При нулевом сопротивлении кольца, по сути, замкнуты накоротко. Щётки и кольца из-за трения изнашиваются. А поскольку после завершения разгона вала этот узел фактически не используется его целесообразно исключить из процесса работы. По этой причине в асинхронных двигателях с фазным ротором предусмотрен специальный механизм. Он отодвигает щётки от колец и одновременно замыкает последние накоротко. В результате кольца и щётки работают намного дольше по сравнению с тем вариантом, который предусматривает их непрерывный контакт.

Простота и надёжность асинхронных двигателей основана на конструкции ротора. Но именно это обстоятельство и создаёт проблемы с их эксплуатацией. Большие пусковые токи в некоторых случаях неприемлемы настолько, что оправдывается более сложная и дорогостоящая намоточная конструкция ротора с кольцами и щётками. Тогда и применяются асинхронные двигатели с фазным ротором. Но более сложная конструкция и цена их в сравнении с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором оправдывается также и тем, что они позволяют получить величину крутящего момента в рабочем режиме при меньших габаритах и массе. Поэтому эти особенности делают асинхронные двигатели с фазным ротором в ряде случаев наиболее предпочтительными.

Виды электродвигателей и их особенности

Экономичность и надежность оборудования напрямую зависят от электродвигателя, поэтому его выбор требует серьезного подхода.

Посредством электродвигателя электрическая энергия преобразуется в механическую. Мощность, количество оборотов в минуту, напряжение и тип питания являются основными показателями электродвигателей. Также, большое значение имеют массогабаритные и энергетические показатели.

Электродвигатели обладают большими преимуществами. Так, по сравнению с тепловыми двигателями сопоставимой мощности, по размеру электрические двигатели намного компактнее. Они прекрасно подходят для установки на небольших площадках, например в оборудовании трамваев, электровозов и на станках различного назначения.

При их использовании не выделяется пар и продукты распада, что обеспечивает экологическую чистоту. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые электродвигатели, серводвигатели и линейные.

Электродвигатели переменного тока, в свою очередь, подразделяются на синхронные и асинхронные.

Электродвигатели постоянного токаИспользуются для создания регулируемых электроприводов с высокими динамическими и эксплуатационными показателями. К таким показателям относятся высокая равномерность вращения и перезагрузочная способность. Их используют для комплектации бумагоделательных, красильно-отделочных и подъемно-транспортных машин, для полимерного оборудования, буровых станков и вспомогательных агрегатов экскаваторов. Часто они применяются для оснащения всех видов электротранспорта.
Электродвигатели переменного токаПользуются более высоким спросом, чем двигатели постоянного тока. Их часто используют в быту и в промышленности. Их производство намного дешевле, конструкция проще и надежнее, а эксплуатация достаточно проста. Практически вся домашняя бытовая техника оборудована электродвигателями переменного тока. Их используют в стиральных машинах, кухонных вытяжных устройствах и т.д. В крупной промышленности с их помощью приводится в движение станковое оборудование, лебедки для перемещения тяжелого груза, компрессоры, гидравлические и пневматические насосы и промышленные вентиляторы.
Шаговые электродвигателиДействуют по принципу преобразования электрических импульсов в механическое перемещение дискретного характера. Большинство офисной и компьютерной техники оборудовано ими. Такие двигатели очень малы, но высокопродуктивны. Иногда и востребованы в отдельных отраслях промышленности.
СерводвигателиОтносятся к двигателям постоянного тока. Они высокотехнологичны. Их работа осуществляется посредством использования отрицательной обратной связи. Такой двигатель отличается особой мощностью и способен развивать высокую скорость вращения вала, регулировка которого осуществляется с помощью компьютерного обеспечения. Такая функция делает его востребованным при оборудовании поточных линий и в современных промышленных станках.
Линейные электродвигателиОбладают уникальной способностью прямолинейного перемещения ротора и статора относительно друг друга. Такие двигатели незаменимы для работы механизмов, действие которых основано на поступательном и возвратно-поступательном движении рабочих органов. Использование линейного электродвигателя способно повысить надежность и экономичность механизма благодаря тому, что значительно упрощает его деятельность и почти полностью исключает механическую передачу.
Синхронные двигателиЯвляются разновидностью электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора равняется частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре. Их используют для компрессоров, крупных вентиляторов, насосов и генераторов постоянного тока, так как они работают с постоянной скоростью.
Асинхронные двигателиТакже, относятся к категории электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора. Асинхронные двигатели разделяются на два типа, в зависимости от конструкции ротора: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Конструкция статора в обоих видах одинакова, различие только в обмотке.

Электродвигатели незаменимы в современном мире. Благодаря им значительно облегчается работа людей. Их использование помогает снизить затрату человеческих сил и сделать повседневную жизнь намного комфортнее.

Возможно, вам также будет интересно

К большим электроприводам, которые используются, например, при производстве бумаги, предъявляется много различных требований, таких как минимизация размера и стоимости при максимальной надежности. Зачастую эти требования противоречат друг другу.

Региональная конференция OSIsoft-2018

1 апреля, 2018Компания OSIsoft приглашает на Ежегодную региональную конференцию — 2018, посвященную вопросам цифровой трансформации современного предприятия, промышленному «Интернету вещей», новой производственной концепции «Индустрия 4.0».
Мероприятие пройдет 15–16 мая 2018 года в Москве, в DIGITAL OCTOBER EVENT HALL.
Отраслевые эксперты, пользователи PI System компании OSIsoft и партнеры компании ответят на следующие вопросы:

Как инфраструктура данных реального времени PI System помогает реализовать цифровую трансформацию предприятия?
Как повысить показатели эффективности производственной …

Бесплатный вебинар, посвященный развитию гидроэнергетики Закавказья и Ирана

7 октября, 201725 октября, в 11:00 GMT, состоится бесплатный вебинар, посвященный развитию гидроэнергетики Закавказья и Ирана.

Участники вебинара узнают о планах по реализации проектов строительства и модернизации ГЭС региона, основных сложностях и преимуществах работы в данном регионе.

В ходе вебинара будут подняты следующие вопросы:

Гидроэнергетический потенциал региона и ключевые вопросы региональной гидроэнергетики — развитие новых проектов и экспортного потенциала промышленности.
Грузия — самое перспективное место для инвестирования в гидроэнергетику? Государственно-частное партнерство …

Частотный преобразователь: принцип работы для электродвигателя, асинхронного двигателя, как работает преобразователь частоты с трехфазным двигателем