Все выпуски  

Электротехническая энциклопедия #164. О частотно-регулируемом электроприводе


Электротехническая энциклопедия

Электронная электротехническая библиотека: книги для электриков Школа для электрика: электротехника от А до Я

Здравствуйте, уважаемые подписчики!

Cегодня в выпуске:

1. Коротко о частотно-регулируемом электроприводе

2. Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода

3. Новые статьи сайта "Школа для электрика"

Коротко о частотно-регулируемом электроприводе

Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты.

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное (частотное) и векторное управление.

Типы управления двигателями

Скалярный тип управления.

При скалярном (частотном) управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Векторный тип управления.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.

Классификация частотных преобразователей (смотрите изображение - invertors.gif, 26 кб)

1. Частотный метод применяется в случаях, когда зависимость момента нагрузки двигателя известна и нагрузка практически не меняется при одном и том же значении частоты, а так же нижняя граница регулирования частоты не ниже 5…10 Гц при независимом от частоты моменте. При работе на центробежный насос или вентилятор (это типичные нагрузки с моментом, зависящим от скорости вращения) диапазон регулирования частоты – от 5 до 50 Гц и выше. При работе с двумя и более двигателями.

2. Частотный с обратной связью по скорости - для прецизионного регулирования (необходимо использовать инкрементальный энкодер) с известной зависимостью момента от скорости вращения. Применим для «насосной» нагрузки.

3. Векторный – для случаев, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150-200% от Мном.

4. Векторный с обратной связью по скорости – для прецизионного регулирования (необходимо использовать инкрементальный энкодер) скорости, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходим максимальный диапазон регулирования частоты при моментах близких к номинальному.

Использование частотных преобразователей обеспечивает:

  • полную защиту электродвигателя;

  • плавное регулирование скорости вращения электродвигателя практически от нуля до номинального значения при сохранении максимального момента на валу;

  • уменьшение потребления электроэнергии за счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки от 20% до 75%;

  • плавный пуск электродвигателя с током, не превышающим номинального значения;

  • устранение пиковых нагрузок на электросеть и просадок напряжения в ней в момент пуска электропривода;

  • увеличение срока службы электропривода и оборудования; повышение надежности, упрощение технического обслуживания;

При автоматизации технологических процессов

  • повышение качества выпускаемой продукции;

  • увеличение производительности технологических линий, конвейеров, механизмов непрерывного действия;

  • снижение трудозатрат, повышение безопасности производства;

  • снижение энергоемкости производства, улучшение экологической обстановки;

Выбор частотных преобразователей

При выборе преобразователя частоты следует исходить из задачи, которую должен решать электропривод, типа и мощности подключаемого электродвигателя и диапазона регулирования скорости, точности поддержания момента вращения на валу, времени, отведенного для разгона и торможения, продолжительности включения и количества включений в час. Так же, можно учитывать конструктивные особенности преобразователя частоты, такие как размеры, точной установки. В работе с асинхронным двигателем преобразователь частоты следует выбирать с соответствующей мощностью.

При выборе преобразователя частоты для работы со специальными двигателями (двигатели с тормозами, синхронные двигатели) следует руководствоваться, номинальным током преобразователя частоты, который должен быть больше номинального тока двигателя, а также критериями настройки параметров преобразователя частоты.

Системы управления на базе преобразователей частоты могут иметь любые технологически требуемые функции, реализация которых возможна как за счет встроенных в преобразователи программируемых контроллеров, так и дополнительных контроллеров, функционирующих совместно с преобразователями частоты.

Крупные производители предлагают многофункциональные приборы с целым набором опций (дополнительные модули) :

  • платы расширения;

  • тормозные резисторы;

  • встраиваемые контроллеры;

  • фильтры;

  • дроссели;

  • выносные пульты управления;

  • датчики технологических процессов;

Обзор рынка частотных преобразователей в РФ

На сегодняшний момент на российском рынке представлены десятки марок низковольтных преобразователей частоты иностранных и российских производителей. Среди них можно отметить ведущие европейские компании Siemens, ABB, SEW Eurodrive, Control Techniques (корпорация Emerson), Schneider Electric, Danfoss, K.E.B., Lenze, Allen-Breadly (корпорация Rockwell Automation), Bosch Rexroth.

Продукция этих производителей широко представлена, существует разветвленная дилерская сеть. Пока менее известна продукция таких компаний из Европы, как Emotron, Vacon, SSD Drives (корпорация Parker), Elettronica Santerno. Присутствуют и продукты американских производителей - корпорации General Electric, AC Technology International (входит в концерн Lenze) и WEG (Бразилия).

Серьезную конкуренцию европейским и американским производителям составляют компании из Азии. Прежде всего, это компании из Японии: Mitsubishi Electric, Omron-Yaskawa, Panasonic, Hitachi, Toshiba, Fuji Electric. Широко представлены корейские и тайваньские марки - Hyundai Electronics, Delta Electronics, Tecorp, Long Shenq Electronic, Mecapion, а также китайская INVT.

Среди отечественных производителей наиболее известным является компания Веспер. Можно также отметить специализированные преобразователи марок АПЧ, ЭПВ (ОАО "Электроаппарат"), РЭН2К или РЭМС (МКЕ).

Большинство производителей предлагают преобразователи частоты, способные работать в разомкнутом и замкнутом контуре управления (векторное управление), с наборами программируемых входов и выходов, со встроенным ПИД-регулятором. Даже в самых дешевых корейских или тайваньских преобразователях частоты можно встретить так называемый бессенсорный, т.е. без датчика положения ротора, векторный режим работы. Диапазон регулирования может составлять 1:50.

Однако ведущие производители предлагают более совершенный режим векторного управления без датчика обратной связи, основанный на передовых алгоритмах управления. Все чаще можно встретить применение привода в рекуперативном режиме, то есть с возможностью возвращать энергию, выделяемую при торможении, обратно в сеть (лифты, эскалаторы, подъемные краны). Обычно для этого используется специализированный привод с управляемым выпрямителем.

Существенный эффект дает применение частотных преобразователей для регулирования производительности насосных агрегатов, которое традиционно выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов. Регулирование дросселированием связано с энергопотерями на местных сопротивлениях, создаваемых регулирующими устройствами. Эти потери отсутствуют при управлении производительностью насосного агрегата путем регулирования скорости его приводного двигателя. Экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 50-75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании.

Применение устройств плавного регулирования частоты вращения двигателей в насосных агрегатах, помимо экономии электроэнергии, дает ряд дополнительных преимуществ, а именно:

  •  плавный пуск и останов двигателя исключает вредное воздействие переходных процессов (типа гидравлический удар) в напорных трубопроводах и технологическом оборудовании;

  •  пуск двигателя осуществляется при токах, ограниченных на уровне номинального значения, что повышает долговечность двигателя, снижает требования к мощности питающей сети и мощности коммутирующей аппаратуры;

  •  возможна модернизация действующих технологических агрегатов без замены насосного оборудования и практически без перерывов в его работе.

Системы управления на базе частотных преобразователей могут иметь любые технологически требуемые функции, реализация которых возможна как за счет встроенных в преобразователи программируемых контроллеров, так и дополнительных контроллеров, функционирующих совместно с преобразователями.

Статья написана на основе информации с сайта компании Группа ЭПК - http://elpk.ru/. Компания предлагает комплексные и локальные решения в области поставок энергосберегающего и промышленного электрооборудования ведущих российских и мировых производителей по обоснованным ценам на выгодных условиях.

Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода 

Очень хорошее практическое руководство по выбору частотного преобразователя.

Методические указания разработаны обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ», Управлением энергетики ОАО "ГАЗПРОМ".

Настоящее руководство разработано для применения производственными, проектными и научными организациями ОАО «Газпром» при проектировании строящихся и техническом перевооружении существующих объектов, оснащаемых частотно-регулируемым асинхронным электроприводом мощностью до 500 кВт, с целью повышения эффективности технологических процессов в газовой промышленности.

В ведомственном руководящем документе «Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 кВт» изложены основные требования и расчетные соотношения по выбору и применению частотно-регулируемого асинхронного электропривода, его составных элементов и устройств.

Скачать руководство по выбору частотных преобразователей можно здесь:

http://www.electrolibrary.info/main/inverter.htm

Полезные ссылки:

Методические рекомендации "Асинхронные двигатели – выбор и применение" - в методических рекомендациях по выбору асинхронных двигателей обобщен подход к выбору асинхронных двигателей с учетом современных информационных возможностей.  

Как выбрать тип электродвигателя  

Встроенные электродвигатели и электродвигатели специальных конструкций  

Преобразовательные устройства в системах электроснабжения  

Новые статьи сайта "Школа для электрика"

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь - совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятии об электродвижущей силе, токе и напряжении. Простейшая электрическая установка состоит из источника, потребителей или приемников электрической энергии ... Читать далее >>

Действующие значения тока и напряжения

Переменный синусоидальный ток в течение периода имеет различные мгновенные значения. Естественно поставить вопрос, какое же значение тока будет измеряться амперметром, включенным в цепь? Наиболее удобным оказалось введение понятий так называемых действующих значений тока и напряжения. В основу этих понятий положено тепловое (или механическое) действие тока, не зависящее от его направления ... Читать далее >>

Коэффициент полезного действия трансформатора

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности, потребляемой из сети. Коэффициент полезного действия характеризует эффективность преобразования напряжения в трансформаторе. При практических расчетах коэффициент полезного действия трансформатора вычисляют по формуле ... Читать далее >>

Трехфазно-однофазные сети

В сельском хозяйстве электрическую энергию распределяют по трехфазным сетям напряжением, как правило, 10 кВ с трансформаторными потребительскими пунктами. Эта система распределения без особых изменений взята из коммунальной практики электроснабжения небольших городов и пригородов с малоэтажной застройкой. С целью устранения недостатков существующей системы распределения электроэнергии была разработана смешанная трехфазно-однофазная система распределения электроэнергии ... Читать далее >>

Характеристики электроизоляционных материалов

Электроизоляционные материалы - диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Назначение электроизоляционных материалов в электрических заключается в создании между частями, имеющими разные электрические потенциалы, такой среды, которая препятствовала бы прохождению тока между этими частями ... Читать далее >>

Как измерить коэффициент мощности

Для измерения косинус фи лучше всего иметь специальные приборы, предназначенные для непосредственного его измерения - фазометры. Фазометр — электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями. Если таких приборов нет, то измерять коэффициент мощности можно косвенным методом ... Читать далее >>

Разборка и сборка электродвигателей при ремонте

Разборку электродвигателя следует проводить так, чтобы не повредить отдельных деталей. Поэтому при разборке не разрешается применять слишком больших усилий, резких ударов, пользоваться зубилами. Туго выворачивающиеся болты смачивают керосином и оставляют на несколько часов, после чего болты ослабляют и выкручивают. При разборке электродвигателя все мелкие детали ... Читать далее >>

Маркировка и параметры отечественных люминесцентных ламп

Люминесцентные трубчатые лампы представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из лампы откачан воздух, и она заполнена инертным газом аргоном при очень низком давлении. В лампу помещена капля ртути, которая при нагревании превращается в ртутные пары ... Читать далее >>

Обязательно читайте прошлые выпуски рассылки, содержащие море полезной информации, в архиве http://subscribe.ru/catalog/tech.electrotech

Спасибо за Ваше внимание и до скорого!

С уважением, Повный Андрей electroby@mail.ru

Copyright 2006-2010 by Повный А. В. Все права защищены.
Разрешается републикация материалов рассылки 
с обязательным указанием ссылки 
на сайт: "Электронная электротехническая библиотека" - http://electrolibrary.info/ 



В избранное