Regulacja częstotliwości silnika asynchronicznego

Obecnie szeroko stosowana jest regulacja częstotliwościowa prędkości kątowej napędu elektrycznego z silnikiem asynchronicznym, ponieważ pozwala ona w szerokim zakresie płynnie zmieniać prędkość obrotową wirnika zarówno powyżej, jak i poniżej wartości nominalnej.

Przetwornice częstotliwości to nowoczesne, zaawansowane technologicznie urządzenia o szerokim zakresie regulacji, posiadające rozbudowany zestaw funkcji do sterowania silnikami asynchronicznymi. Najwyższa jakość i niezawodność sprawiają, że można je stosować w różnych gałęziach przemysłu do sterowania napędami pomp, wentylatorów, przenośników itp.

Przetwornice częstotliwości do zasilania są podzielone na jednofazowe i trójfazowe, ale z założenia na wirujące i statyczne maszyny elektryczne. W przekształtnikach maszyn elektrycznych zmienną częstotliwość uzyskuje się za pomocą konwencjonalnych lub specjalnych maszyn elektrycznych. V statyczne przetwornice częstotliwości zmianę częstotliwości prądu zasilającego uzyskuje się za pomocą elementów elektrycznych, które nie mają ruchu.

Obwód przetwornicy częstotliwości silnika indukcyjnego

Sygnał wyjściowy przetwornicy częstotliwości

Przetwornice częstotliwości dla sieci jednofazowych mogą zapewnić napęd elektryczny urządzeń produkcyjnych o mocy do 7,5 kW. Cechą konstrukcji nowoczesnych przekształtników jednofazowych jest to, że na wejściu występuje jedna faza o napięciu 220V, a na wyjściu trzy fazy o tej samej wartości napięcia, co umożliwia podłączenie trójfazowych silników elektrycznych do urządzenie bez użycia kondensatorów.

Przetwornice częstotliwości zasilane z sieci trójfazowej 380V dostępne są w zakresie mocy od 0,75 do 630 kW. W zależności od wartości mocy urządzenia produkowane są w obudowach polimerowych i metalowych.

Najpopularniejszą strategią sterowania silnikami indukcyjnymi jest sterowanie wektorowe. Obecnie większość przetwornic częstotliwości realizuje sterowanie wektorowe lub nawet bezczujnikowe sterowanie wektorowe (ten trend występuje w przetwornicach częstotliwości, które oryginalnie realizują sterowanie skalarne i nie posiadają zacisków do podłączenia czujnika prędkości).

W zależności od rodzaju obciążenia wyjściowego, przetwornice częstotliwości są podzielone według typu wykonania:

• do napędów pomp i wentylatorów;

• do ogólnego przemysłowego napędu elektrycznego;

• pracuje jako część silników elektrycznych pracujących z przeciążeniem.

Charakterystyka mechaniczna typowych obciążeń

Nowoczesne przetwornice częstotliwości mają zróżnicowany zestaw cech funkcjonalnych, na przykład mają ręczną i automatyczną kontrolę prędkości i kierunku obrotów silnika, a także wbudowany potencjometr na panelu sterowania.Obdarzony możliwością regulacji zakresu częstotliwości wyjściowej od 0 do 800 Hz.

Przetwornice są w stanie automatycznie sterować silnikiem asynchronicznym na podstawie sygnałów z czujników peryferyjnych oraz napędzać napęd elektryczny według zadanego algorytmu czasowego. Obsługuje funkcje automatycznego odzyskiwania w przypadku krótkotrwałej awarii zasilania. Wykonuj przejściowe sterowanie ze zdalnej konsoli i chroń silniki elektryczne przed przeciążeniem.

Zależność między prędkością kątową obrotu a częstotliwością prądu zasilającego wynika z równania

ωo = 2πe1/p

Przy stałym napięciu zasilania U1 i zmianie częstotliwości zmienia się strumień magnetyczny silnika indukcyjnego. Jednocześnie dla lepszego wykorzystania układu magnetycznego, przy spadku częstotliwości zasilania, konieczne jest proporcjonalne obniżenie napięcia, w przeciwnym razie znacznie wzrośnie prąd magnesujący i straty w stali.

Podobnie, wraz ze wzrostem częstotliwości zasilania, napięcie musi rosnąć proporcjonalnie do utrzymania stałego strumienia magnetycznego, ponieważ w przeciwnym razie (przy stałym momencie obrotowym wału) spowoduje to wzrost prądu wirnika, przeciążenie prądem jego uzwojeń i zmniejszenie maksymalnego momentu obrotowego.

Racjonalne prawo regulacji napięcia zależy od charakteru momentu oporu.

Przy stałym momencie obciążenia statycznego (Ms = const) napięcie musi być regulowane proporcjonalnie do jego częstotliwości U1 / f1 = const. Ze względu na charakter obciążenia wentylatora stosunek przyjmuje postać U1 / f21 = const.

Przy momencie obciążenia odwrotnie proporcjonalnym do prędkości U1 /√f1 = const.

Poniższe rysunki przedstawiają uproszczony schemat połączeń i charakterystykę mechaniczną silnika indukcyjnego z regulacją częstotliwościową prędkości kątowej.

Schemat podłączenia przetwornicy częstotliwości do silnika asynchronicznego

Charakterystyka obciążenia o stałym statycznym momencie oporu

NSFeatures do ładowania wentylatora

Charakterystyki pod obciążeniem statycznym moment obrotowy odwrotnie proporcjonalny do prędkości kątowej obrotu

Regulacja częstotliwościowa prędkości silnika asynchronicznego umożliwia zmianę kątowej prędkości obrotowej w zakresie — 20 … 30 do 1. Regulacja prędkości silnika asynchronicznego w dół od głównego odbywa się praktycznie do zera.

Przy zmianie częstotliwości sieci zasilającej górna granica prędkości obrotowej silnika asynchronicznego zależy od jego właściwości mechanicznych, tym bardziej, że przy częstotliwościach powyżej znamionowych silnik asynchroniczny pracuje z lepszymi charakterystykami energetycznymi niż przy częstotliwościach niższych. Dlatego w przypadku zastosowania w układzie napędowym przekładni, ta regulacja częstotliwości silnika musi być prowadzona nie tylko w dół, ale także w górę od punktu nominalnego, aż do maksymalnej dopuszczalnej prędkości obrotowej w warunkach wytrzymałości mechanicznej wirnik.

Gdy prędkość obrotowa silnika wzrośnie powyżej wartości wskazanej w paszporcie, częstotliwość źródła zasilania nie powinna przekraczać wartości nominalnej nie więcej niż 1,5 — 2 razy.

Metoda częstotliwościowa jest najbardziej obiecująca w przypadku regulacji silnika indukcyjnego z wirnikiem klatkowym. Straty mocy przy takiej regulacji są niewielkie, gdyż nie towarzyszy im wzrost mocy potknięcie się… Uzyskane właściwości mechaniczne są bardzo sztywne.