Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей
Установка преобразователя частоты для электромотора – процесс сложный и ответственный. Он пройдет тем проще и быстрее, чем правильнее сделан выбор частотного преобразователя. Поиск оптимального варианта устройства отталкивается от условий будущей эксплуатации. Опорные моменты следующие.
- Место установки частотного преобразователя. От него зависит несколько важных характеристик частотника. Класс влаго- и пылезащищенности корпуса. Современные преобразователи частоты выполняются в нескольких классах – IP 20, 54, 65. Чем выше защита (первая цифра отвечает за пылезащиту, вторая – за влагонепроницаемость), тем шире возможности по выбору места установки. Модели с IP 20 монтируют только в электротехнические щиты (с автоматикой или ручной системой управления приводом), установленные в помещениях с низким уровнем влажности. Установка в корпусах IP 54 или IP 65 возможна рядом с обслуживаемым мотором.
- Основание преобразователя частоты. Если устройство будет в зоне, удаленной от вибраций и электромагнитных полей, ему достаточно ровной твердой площадки. В противном случае монтаж может осуществляться на опорах, гасящих вибрации, или в шкафах с экранами.
- Климатическое исполнение. Если преобразователь частоты устанавливается на открытой или частично открытой платформе, климатическое исполнение должно соответствовать максимальной и минимальной температуре окружения в теплый и холодный сезон, соответственно. При закрытом монтаже температурный режим, которому должен соответствовать прибор, задает помещение.
Состояние сети (ее напряжение ниже или равно номинальному напряжению прибора).
Параметры электродвигателя (совместимость).
Проект подключения. Это база для выбора модели.
При установке частотника в шкаф важно соблюсти отступы корпуса от стенок шкафа или других приборов, расположенных в сборке. Размеры отступов определяются индивидуально по мощности монтируемых устройств
Для отвода тепла в закрытом пространстве шкафа в него устанавливаются вентиляторы достаточной мощности (зависит от количества преобразователей частоты и других механизмов).
Схема управления
И если подключение частотного преобразователя к электродвигателю выполнить просто, достаточно только соединить соответствующие выводы, то со схемой управления все куда сложнее. Все дело в том, что возникает необходимость в программировании устройства, чтобы добиться максимально возможных регулировок от него. В основе находится микроконтроллер, к нему производится подключение считывающих устройств и исполнительных. Так, необходимо наличие трансформаторов тока, которые будут постоянно следить за мощностью, потребляемой электроприводом. И в случае превышения должно произойти отключение частотника.
Подключение трехфазного двигателя через ручной пускатель
4. Подключение двигателя через ручной пускатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА
Поскольку у двигателей обычно большой пусковой ток, то у автоматов защиты двигателей (мотор-автоматов), как правило, характеристика тепловой защиты типа D. Т.е. он выдерживает кратковременные (пусковые) перегрузки примерно в 10 раз больше от номинала.
Ручной пускатель двигателя с дополнительным контрольным контактом.
Вот что у него на боковой стенке:
Автомат защиты двигателя – характеристики на боковой стенке
Ток уставки (тепловой) – от 17 до 23 А, устанавливается вручную. Ток отсечки (срабатывание при КЗ) – 297 А.
В принципе, ручной пускатель и мотор-автомат – это одно и то же устройство. Но пускателем, показанным на фото, можно коммутировать питание двигателя. А мотор-автомат постоянно подает питание (три фазы) на контактор, который, в свою очередь, коммутирует питание двигателя. Короче, разница – в схеме подключения.
Плюс схемы – можно регулировать уставку теплового тока. Минус тот же, что и в предыдущей схеме – нет дистанционного включения.
Настройка частотного преобразователя для электродвигателя
Для того чтобы преобразователь частоты для асинхронного двигателя в полном объеме выполнял свои функции, его необходимо правильно подключить и настроить. В самом начале подключения в сети перед прибором размещается автоматический выключатель. Его номинал должен совпадать с величиной тока, потребляемого двигателем. Если частотник предполагается эксплуатировать в трехфазной сети, то автомат также должен быть трехфазным, с общим рычагом. В этом случае при коротком замыкании на одной из фаз можно оперативно отключить и другие фазы.
Ток срабатывания должен обладать характеристиками, полностью соответствующими току отдельной фазы электродвигателя. Если частотный преобразователь планируется использовать в однофазной сети, в этом случае рекомендуется воспользоваться одинарным автоматом, номинал которого должен в три раза превышать ток одной фазы. Независимо от количества фаз, при установке частотника, автоматы не должны включаться в разрыв заземляющего или нулевого провода. Рекомендуется использовать только прямое подключение.
При правильной настройке и подключении частотного преобразователя, его фазные провода должны соединяться с соответствующими контактами электродвигателя. Предварительно обмотки в двигателе соединяются по схеме «звезда» или «треугольник», в зависимости от напряжения, выдаваемого преобразователем. Если оно совпадает с меньшим значением, указанным на корпусе двигателя, то применяется соединение треугольником. При более высоком значении используется схема «звезда».
Далее выполняется подключение частотного преобразователя к контроллеру и пульту управления, который входит в комплект поставки. Все соединения осуществляются в соответствии со схемой, приведенной в руководстве по эксплуатации. Рукоятка должна находиться в нейтральном положении, после чего включается автомат. Нормальное включение подтверждается световым индикатором, загорающимся на пульте. Для того чтобы преобразователь заработал, нажимается кнопка RUN, запрограммированная по умолчанию.
После незначительного поворота рукоятки, двигатель начинает постепенно вращаться. Для переключения вращения в обратную сторону, существует специальная кнопка реверса. Затем с помощью рукоятки настраивается нужная частота вращения. На некоторых пультах вместо частоты вращения электродвигателя, отображаются данные о частоте напряжения. Поэтому рекомендуется заранее внимательно изучить интерфейс установленной аппаратуры.
Пульт управления
Частотный регулятор управляется с пульта (ПУ), который идет в комплекте с прибором. Для подключения ПУ частотника необходимо монтировать в удобном месте по схеме в инструкции пользователя. После монтажа рукоять ПУ ставится в нулевое положение и дается команда RUN. Следующий шаг – плавный поворот рукояти на минимальный градус:
- Если после подключения частотного преобразователя к двигателю, последний вращается в правильную сторону, можно регулировать скорость. Здесь стоит разобраться, как этот показатель отображается на ПУ частотника. Есть 2 варианта – в оборотах/минуту или герцах. В первом случае показывается скорость вращательного движения электрического двигателя, во втором – питающее напряжение.
- Если двигатель запустился в обратную сторону, включаем реверс на частотнике.
Монтаж частотника
Привод устанавливается на твердую ровную площадку из негорючего материала в месте, недоступным для прямых лучей солнца. Сложность работ по установке прибора зависит от него самого (чем выше мощность и больше функций, тем сложнее схема подключения частотного преобразователя).
Для установки, кроме самого преобразователя частоты, потребуются соединительные провода, крепежи, инструмент для подготовки технических отверстий, если они необходимы, обжимка, автоматические выключатели. Параметры выключателей должны соответствовать характеристикам выбранного частотника. Порядок действий:
- изучить инструкцию частотного преобразователя;
- сформировать комплект дополнительных изделий, руководствуясь рекомендациями производителя;
- выполнить работы по настройке, перечисленные в инструкции (строго соблюдая последовательность, проверяя контакты и качество обжимки проводов, без спешки);
- повторно проверить надежность креплений, отсутствие неизолированных проводов и т. д. (базовые пункты правил безопасности при проведении электротехнических работ).
Важный момент: сразу после подключения частотный преобразователь электродвигателя запускать нельзя. В любой инструкции есть это указание, но многие его нарушают. По статистике, такое действие – самая распространенная причина негарантийного ремонта нового преобразователя частоты.
Вторая распространенная ошибка – использование автоматики, не рассчитанной на уровень потребления электродвигателя, к которому подключается частотник. Это приводит к подвижности биметаллической пластины, хаотичным разъединениям цепи и повреждению механизма.
Подключение, настройка
Схема подключения частотника предполагает установку перед ним автоматического выключателя. В идеале последний должен работать с током, равным номинальному потреблению электромотора. Если в каталоге нужного выключателя преобразователя частоты не нашлось, надо брать аналог, приближенный к номинальному току электродвигателя.
Количество фаз, на которое рассчитана автоматика, выбирается по частотнику:
- Для трехфазного устройства берется 3-фазный выключатель с общим рычагом. Последний обеспечит обесточивание сети при угрозе (факте) короткого замыкания в одной из фаз. Ток срабатывания равен току 1 фазы электродвигателя.
- Для однофазного частотного преобразователя нужен одинарный автомат. Ток срабатывания равен току 1 фазы, умноженному на 3. Подключение – напрямую.
При настройке нужно соединить в электрическом двигателе обмотки (схема – «звезда» или «треугольник» в зависимости от характера напряжения). Затем фазные провода привода соединяются с контактами электродвигателя по схеме подключения частотника.
Как подключить частотный преобразователь
Для подключения частотного преобразователя к оборудованию, прежде всего необходимо убедиться в том, что характеристики такого прибора подходят для работы с конкретным электродвигателем
Также важно, чтобы напряжение питающей сети позволяло использовать данный частотный преобразователь
При установке и подключении ЧП необходимо, чтобы условия эксплуатации соответствовали классу защищённости от влаги и пыли, а также были выдержаны все расстояния от движущихся частей машин и механизмов, от людских проходов и электрооборудования и аппаратуры.
Схема подключения ПЧ
Частотные преобразователи бывают как для трехфазных сетей, так и для однофазных. При этом к однофазной сети также можно подключать и трехфазный частотный преобразователь по схеме «треугольник», который дополнительно оснащен специальным конденсаторным блоком (при этом значительно падает мощность и понижается КПД устройства). Подключение же трехфазного преобразователя в соответствующей сети производится по схеме «звезда».
Управление частотным преобразователем может осуществляться с использованием контакторов, встроенных в различные релейные схемы, микропроцессорных контроллеров и компьютерного оборудования, а также вручную. Поэтому при подключении автоматизированных систем требуется участие специалистов по наладке такого оборудования.
Принцип подключения частотных преобразователей в целом одинаковый, но может несколько отличаться для разных моделей. Поэтому правильным решением будет перед подключением изучить инструкцию, сопоставить характеристики устройств и убедиться в том, что устройство подключается по схеме, предложенной производителем.
Для трехфазного электродвигателя
Для трехфазного электродвигателя принцип подключения следующий: к клеммным колодкам на выходе трехфазного частотного преобразователя подключаются фазные проводники к каждому выводу, а на вход подключаются фазы питающего напряжения. В данном случае всегда реализуется схема подключения «звезда» в двигателе. При подключении трехфазного двигателя через частотный преобразователь к однофазной сети применяют схему «треугольник».
Для однофазного электродвигателя
Для однофазного электродвигателя необходимо подключить фазный и нулевой проводник к преобразователю частоты, а обмотки двигателя подключаются к соответствующим клеммам на выходе частотного преобразователя. Например, обмотка L1 будет подключаться к клемме А преобразователя, обмотка L2 к клемме B, а общий провод к клемме C. Если применяется конденсаторный двигатель, то от частотного преобразователя фаза подключается к двигателю, а конденсатор обеспечивает сдвиг фаз.
Во всех случаях, при подключении частотных преобразователей и электродвигателей, всегда следует применять устройства защиты: автоматические выключатели и УЗО, рассчитанные на высокие пусковые токи, а также обязательно подключать заземляющий проводник к корпусам устройств
Также важно обратить внимание на сечение проводников электрокабеля, которым будет производится подключение – сечение должно соответствовать параметрам подключаемого частотного преобразователя и нагрузки
Временные диаграммы работы схемы “Звезда-Треугольник”
С привязкой к моей схеме управления, диаграммы включения контакторов:
Временные диаграммы схемы управления звезда-треугольник
Тут вроде всё понятно, но есть одно важное замечание. Ещё раз
Между зеленой и красной областями обязательно нужен небольшой зазор (пауза). Его может не быть (пауза = 0), но эти области могут налазить друг на друга, если используются контакторы с катушкой постоянного тока (=24 VDC). В особенности при использовании обратновключенного диода (а он обязателен!), время выключения может быть больше времени включения в 7-10 раз!
Это я к тому, что однажды мучался с такой схемой, в ней выбивал периодически вводной автомат. Поставили спец.реле с паузой, проблема была решена!
Подключение асинхронного двигателя
Трехфазный переменный ток
Электрическая сеть трехфазного переменного тока получила наиболее широкое распространение среди электрических систем передачи энергии. Главным по сравнению с однофазной и двухфазной системами является ее экономичность. В трехфазной цепи энергия передается по трем проводам, а токи текущие в разных проводах сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, при этом синусоидальные ЭДС на разных фазах имеют одинаковую частоту и амплитуду.
Трехфазный ток (разница фаз 120°)
Звезда и треугольник
Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).
Фазное напряжение – разница потенциалов между началом и концом одной фазы
Другое определение для соединения “звезда”: фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы “треугольник” отсутствует нейтраль)
Линейное напряжение – разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).
| Звезда | Треугольник | Обозначение |
|---|---|---|
| Uл, Uф – линейное и фазовое напряжение, В, | ||
| Iл, Iф – линейный и фазовый ток, А, | ||
| S – полная мощность, Вт | ||
| P – активная мощность, Вт |
Внимание: Несмотря на то, что мощность для соединений в звезду и треугольник вычисляется по одной формуле, подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.
Пример: Допустим электродвигатель был подключен по схеме “звезда” к трехфазной сети переменного тока Uл=380 В (соответственно Uф=220 В) и потреблял ток Iл=1 А
Полная потребляемая мощность:
S = 1,73∙380∙1 = 658 Вт.
Теперь изменим схему соединения на “треугольник”, линейное напряжение останется таким же Uл=380 В, а фазовое напряжение увеличится в корень из 3 раз Uф=Uл=380 В. Увеличение фазового напряжения приведет к увеличению фазового тока в корень из 3 раз. Таким образом линейный ток схемы “треугольник” будет в три раза больше линейного тока схемы “звезда”. А следовательно и потребляемая мощность будет в 3 раза больше:
S = 1,73∙380∙3 = 1975 Вт.
Таким образом, если двигатель рассчитан на подключение к трехфазной сети переменного тока по схеме “звезда”, подключение данного электродвигателя по схеме “треугольник” может привести к его поломке.
Если в нормальном режиме электродвигатель подключен по схеме “треугольник”, то для уменьшения пусковых токов на время пуска его можно соединить по схеме звезда. При этом вместе с пусковым током уменьшится также пусковой момент.
Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник
Обозначение выводов статора трехфазного электродвигателя
Обозначение выводов обмоток статора вновь разрабатываемых трехфазных машин согласно ГОСТ 26772-85
| Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода | Обозначение вывода | |
|---|---|---|
| Начало | Конец | |
| Открытая схема (число выводов 6) | ||
| первая фаза | U1 | U2 |
| вторая фаза | V1 | V2 |
| третья фаза | W1 | W2 |
| Соединение в звезду (число выводов 3 или 4) | ||
| первая фаза | U | |
| вторая фаза | V | |
| третья фаза | W | |
| точка звезды (нулевая точка) | N | |
| Соединение в треугольник (число выводов 3) | ||
| первый вывод | U | |
| второй вывод | V | |
| третий вывод | W |
Обозначение выводов обмоток статора ранее разработанных и модернизируемых трехфазных машин согласно ГОСТ 26772-85
| Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода | Обозначение вывода | |
|---|---|---|
| Начало | Конец | |
| Открытая схема (число выводов 6) | ||
| первая фаза | C1 | C4 |
| вторая фаза | C2 | C5 |
| третья фаза | C3 | C6 |
| Соединение звездой (число выводов 3 или 4) | ||
| первая фаза | C1 | |
| вторая фаза | C2 | |
| третья фаза | C3 | |
| нулевая точка | ||
| Соединение треугольником (число выводов 3) | ||
| первый вывод | C1 | |
| второй вывод | C2 | |
| третий вывод | C3 |
Принцип работы частотного преобразователя
Если регулировать пусковой ток исключительно механическим способом, не удастся избежать энергетических потерь и уменьшения срока службы оборудования. Показатели этого тока в пять-семь раз превышают номинальное напряжение, что недопустимо для нормальной работы оборудования.
Принцип работы современного преобразователя частоты подразумевает использование электронного управления. Они не только обеспечивают мягкий пуск, но и плавно регулируют работу привода, придерживаясь соотношения между напряжением и частотой строго по заданной формуле.
Основное преимущество устройства – экономия в потреблении электроэнергии, составляющая в среднем 50%. А также возможность регулировки с учётом потребностей конкретного производства.
Устройство функционирует по принципу двойного преобразования напряжения.
- Напряжение сети выпрямляется и фильтруется системой конденсаторов.
- Затем в работу вступает электронное управление – образуется ток с указанной (запрограммированной) частотой.
На выходе выдаются прямоугольные импульсы, которые под воздействием обмотки статора двигателя (её индуктивности) становятся близкими к синусоиде.
Для чего понадобился ПЧ
Ко мне обратился старый знакомый с обувного производства. Ему для предпродажной подготовки женских сапог требуется операция полировки, чтобы сапоги блестели.
Станок для полировки был в отвратительном состоянии, но его удалось привести в чувство, перебрав советские контакторы и подсоединив двигатели.
Тем не менее, для качественной обработки поверхности кожи было предпочтительно, чтобы линейная скорость полировки могла меняться. Кроме как ПЧ, другими способами это сделать невозможно. Замена шкивов не рассматривалась – скорость нужно менять оперативно и без инструментов.
В результате я установил преобразователь частоты Delta. Подключил и настроил его так, что можно менять обороты подключенного через него двигателя нажатием кнопок на панели управления. Дальше – подробности.
Схема подключения трехфазного двигателя в сеть через автоматический выключатель
Поэтому более подробно общий случай будет выглядеть так:
3. Подключение двигателя через автоматический выключатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА
На схеме 3 показан защитный автомат, который защищает двигатель от перегрузки по току (“прямоугольный” изгиб питающих линий) и от короткого замыкания (“круглые” изгибы). Под защитным автоматом я подразумеваю обычный трехполюсный автомат с тепловой характеристикой нагрузки С или D.
Защитный автомат для включения электродвигателя. Ток 10А, через такой можно включать двигатель мощностью 4 кВт. Не больше и не меньше.
Схема 3 имеет право на жизнь (по бедности или незнанию местных электриков).
Если уж использовать такую схему, надо тщательно подобрать ток автомата, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя. И характеристику теплового расцепителя выбирать D, чтобы при тяжелом пуске автомат не срабатывал.
Например, движок 1,5 кВт. Прикидываем максимальный рабочий ток – 3А (реальный рабочий может быть меньше, надо измерять). Значит, трехполюсный автомат надо ставить на 3 или 4А, в зависимости от пускового тока.
Плюс этой схемы подключения двигателя – цена и простота исполнения и обслуживания. Например, там, где один двигатель, и его включают вручную на всю смену. Минусы такой схемы с включением через автомат –
- Невозможность регулировать тепловой ток срабатывания автомата. Для того, чтобы надежно защитить двигатель, ток отключения защитного автомата должен быть на 10-20% больше номинального рабочего тока двигателя. Ток двигателя надо периодически измерять клещами и при необходимости подстраивать ток срабатывания тепловой защиты. А возможности подстройки у обычного автомата нет(.
- Невозможность дистанционного и автоматического включения/выключения двигателя.
Эти недостатки можно устранить, в схемах ниже будет показано как.
Преобразователи частоты для однофазных вентиляторов и насов
Преобразователи частоты серии 8000M помимо стандартных 3-фазных электродвигателей также способны управлять однофазными асинхронными двигателями с напряжением питания 220В
, широко преименяемыми в вентияционным и насосном оборудовании.
Для адаптации работы преобразователя с однофазным двигателем достаточно сделать настройку нескольких параметров.
Схему соединения обмоток электродвигателя менять не надо, отключать конденсатор не надо. Электродвигатель подключается к преобразователю точно также, как если бы он подключался напрямую к сети 220В.
Краткие характеристики моделей 8000М на 220В
- Напряжение: 1ф/220В, мощность: 0.2-2.2кВт
- Модульный, компактный дизайн, съемная панель управления
- Монтаж на DIN-рейку
- Аналоговый вход (0-10В/4-20мА) для задания скорости или подключения датчика обратной связи (давления, расхода, температуры и т.д.)
- Регулируемый плавный пуск и останов вентилятора и насоса
- Встроенный ПИД-регулятор со спящим режимом
- Режим автоматического энергосбережения
- 15 предустановленных скоростей с функцией автоматического пошагового управления (по заданным интервалам времени)
- Защита двигателя от перегрузки, перегрева, заклинивания
- Счетчик времени наработки
- Встроенный порт RS-485. Протокол MODBUS.
Особенности работы однофазного двигателя с преобразователей частоты серии 8000M
В отличие от трехфазных электродвигателей при работе с частотным преобразователем однофазного двигателя у последнего будет меньше диапазон регулировки скорости, который составит, примерно, от половины до номинальной скорости электродвигателя, а также только однонаправленное вращение (без реверса). Реверсировать однофазный двигатель можно только за счет переключения конденсатора в другую обмотку (только если обмотки симметричны по своим параметрам).
Модели и цены
| Модели с напряжением питания 220В | Мощность 1-фазного двигателя (кВт) P2 (P1) * | Ном. выходной ток (A) | Цена (руб.) с НДС |
| 8000M-2SR4GH | 0.2 (0.4) | 2.4 | 6622 ₽ |
| 8000M-2SR75GH | 0.4 (0.75) | 4.5 | 6990 ₽ |
| 8000M-2S1R5GH | 0.75 (1.5) | 7 | 8093 ₽ |
| 8000M-2S2R2GH | 1.1 (2.2) | 10 | 10669 ₽ |
* Мощность двигателя: P1 — входная электрическая или потребляемая мощность двигателя; P2 — выходная механическая мощность на валу двигателя или полезная мощность двигателя. Подробнее о мощности электродвигателя…
Файлы для загрузки
Преобразователи частоты серии 8000M. Каталог (рус.)
Преобразователи частоты серии 8000M. Руководство по эксплуатации (рус.)
Краткая инструкция по подключению и настройке преобразователя частоты серии 8000М при работе его с однофазным асинхронным электродвигателем (рус.)
►OPTIDRIVE — специализированные преобразователи частоты для однофазных двигателей…
►Все модели и цены однофазных преобразователей частоты…
Классификация и виды
Все частотные преобразователи для электромоторов условно можно разделить на несколько групп:
- Индивидуальные. Разработаны под какой-то определенный тип и характеристики мотора.
- Универсальные. Благодаря возможности изменять параметры могут работать с различными двигателями.
- Специализированные. Разрабатываются для конкретных типов оборудования. Например, преобразователи для насосных станций (насосов) и вентиляторов (Mitsubishi FR-F740).
- Интеллектуальные. Имеют встроенный персональный компьютер, имеют функции самодиагностики. ПЧ сам следит за состоянием изнашиваемых частей и сообщает о необходимости из замены, когда ресурс подходит к концу.
Самые дешевые — индивидуальные. Но они могут работать только исключительно с моторами одного типа/мощности. Специализированные тоже имеют довольно ограниченный диапазон подключаемого оборудования. Универсальные, с этой точки зрения, хороши, но стоит они значительно дороже (сложнее схема и больше компонентов).
Выбирать надо под конкретное устройство
Но, все-таки, самые дорогие — интеллектуальные. Многие из них управляться могут при помощи сенсорной панели, а не набора регуляторов. Кроме того, большинство моделей имеет пульт дистанционного управления. Это удобно, так как частотный регулятор может быть установлен далеко. Обычно их ставят в шкафах или где-то на вводе. При наличии пульта ДУ можно регулировать работу, находясь возле двигателя и не бегая к шкафу.
Виды преобразователей частоты
Существует несколько типов частотников, которые на данный момент являются самыми распространенными для производства и использования:
Электромашинные (электроиндукционные) преобразователи: используются в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно применение электронных ПЧ. Конструктивно такие устройства являются асинхронными двигателями с фазным ротором, которые работают в режиме генератора-преобразователя.
Данные устройства являются преобразователями со скалярным управлением. На выходе из данного аппарата создается напряжение заданной амплитуды и частоты для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Они применяются в тех случаях, когда не требуется поддерживать скорость вращения ротора в зависимости от нагрузки (насосы, вентиляторы и прочее оборудование).
Электронные преобразователи: широко применяется в любых условиях работы для различного оборудования. Такие устройства являются векторными, они автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора и обеспечивают постоянное значение частоты вращения ротора вне зависимости от нагрузки.
- Циклоконверторы;
- Циклоинверторы;
- ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока:
- Частотный преобразователь источника тока;
- Частотный преобразователь источника напряжения (с амплитудно- или широтно- импульсной модуляцией).
По сфере применения оборудование может быть:
- для оборудования мощностью до 315 кВт;
- векторные преобразователи для мощности до 500 кВт;
- взрывозащищённые устройства для применения во взрывоопасных и запыленных условиях;
- частотные преобразователи, монтируемые на электродвигатели;
Каждый тип частотного преобразователя имеет определенные преимущества и недостатки и применим для различного оборудования и нагрузок, а также условий работы.
Управление частотным преобразователем может быть ручным или внешним. Ручное управление осуществляется с пульта управления ПЧ, которым можно отрегулировать частоту вращения или остановить работу. Внешнее управление выполняется при помощи автоматических систем управления (АСУТП), которые могут контролировать все параметры устройства и позволяют переключать схему или режим работы (через ПЧ или байпас). Также внешнее управление позволяет программировать работу преобразователя в зависимости от условий работы, нагрузки, времени, что позволяет работать в автоматическом режиме.
Как подключить частотный преобразователь
Для подключения частотного преобразователя к оборудованию, прежде всего необходимо убедиться в том, что характеристики такого прибора подходят для работы с конкретным электродвигателем
Также важно, чтобы напряжение питающей сети позволяло использовать данный частотный преобразователь
При установке и подключении ЧП необходимо, чтобы условия эксплуатации соответствовали классу защищённости от влаги и пыли, а также были выдержаны все расстояния от движущихся частей машин и механизмов, от людских проходов и электрооборудования и аппаратуры.
Схема подключения ПЧ
Частотные преобразователи бывают как для трехфазных сетей, так и для однофазных. При этом к однофазной сети также можно подключать и трехфазный частотный преобразователь по схеме «треугольник», который дополнительно оснащен специальным конденсаторным блоком (при этом значительно падает мощность и понижается КПД устройства). Подключение же трехфазного преобразователя в соответствующей сети производится по схеме «звезда».
Управление частотным преобразователем может осуществляться с использованием контакторов, встроенных в различные релейные схемы, микропроцессорных контроллеров и компьютерного оборудования, а также вручную. Поэтому при подключении автоматизированных систем требуется участие специалистов по наладке такого оборудования.
Принцип подключения частотных преобразователей в целом одинаковый, но может несколько отличаться для разных моделей. Поэтому правильным решением будет перед подключением изучить инструкцию, сопоставить характеристики устройств и убедиться в том, что устройство подключается по схеме, предложенной производителем.
Для трехфазного электродвигателя
Для трехфазного электродвигателя принцип подключения следующий: к клеммным колодкам на выходе трехфазного частотного преобразователя подключаются фазные проводники к каждому выводу, а на вход подключаются фазы питающего напряжения. В данном случае всегда реализуется схема подключения «звезда» в двигателе. При подключении трехфазного двигателя через частотный преобразователь к однофазной сети применяют схему «треугольник».
Для однофазного электродвигателя
Для однофазного электродвигателя необходимо подключить фазный и нулевой проводник к преобразователю частоты, а обмотки двигателя подключаются к соответствующим клеммам на выходе частотного преобразователя. Например, обмотка L1 будет подключаться к клемме А преобразователя, обмотка L2 к клемме B, а общий провод к клемме C. Если применяется конденсаторный двигатель, то от частотного преобразователя фаза подключается к двигателю, а конденсатор обеспечивает сдвиг фаз.
Во всех случаях, при подключении частотных преобразователей и электродвигателей, всегда следует применять устройства защиты: автоматические выключатели и УЗО, рассчитанные на высокие пусковые токи, а также обязательно подключать заземляющий проводник к корпусам устройств
Также важно обратить внимание на сечение проводников электрокабеля, которым будет производится подключение – сечение должно соответствовать параметрам подключаемого частотного преобразователя и нагрузки
Watch this video on YouTube
Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы
Как подключить 3 фазный электродвигатель к сети 220 вольт через конденсатор
Как подключить датчик света — 3 ошибки. Схемы с выключателем, пускателем, промежуточным реле.
Фотореле, датчик света или как его еще называют датчик день-ночь, необходим для автоматического управления светильниками без вашего участия, в зависимости от уровня освещенности.
Стемнело на улице – фонарь сам собой включился. Утром при восходе солнца отключился.
От него же можно запитывать рекламные баннеры и вывески на фасадах домов и магазинов.
Кто-то в этом деле использует реле времени или таймер-розетки. Однако в связи с постоянным изменением продолжительности светового дня, такие девайсы придется постоянно перенастраивать.
Поэтому полноценной альтернативой датчикам света их считать никак нельзя.
Кроме того, у фотореле есть собственная регулировка чувствительности. Вы можете вручную задать тот или иной порог срабатывания.
То есть, будет фонарь срабатывать при полной темноте уже ночью, или вечером, когда только-только начинает смеркаться.
На популярных моделях фотореле от ИЭК ФР-601 и ФР-602 регулятор расположен в основании и поворачивается в диапазоне от “+” до “-”.
Если вы его выкрутите на максимальный “+”, то фотореле будет срабатывать в сумерках или при плохой погоде (небо в тучах). По техническим характеристикам эта регулировка соответствует примерно 50 Люкс.
Если убрать его в крайнее положение на “-”, то датчик сработает только в полной темноте (освещенность 5 Люкс).
Обычно его устанавливают в среднее положение.
При этом обратите внимание на важный нюанс.
В комплекте с датчиком всегда идет черный пакетик для проверки работоспособности. Накрыли им колпак прибора – реле сработало.
Так вот, у многих моделей чувствительные фотоэлементы, расположенные внутри корпуса, могут реагировать помимо освещенности еще и на ультрафиолет в составе солнечных лучей.
Дома за счет остекления 80% УФ-лучей гасится, а на улице – нет. Поэтому настройка в домашних условиях с созданием искусственного затемнения, может отличаться от реальной уличной настройки.
Когда не хватает диапазона, некоторые применяют смекалку и для дополнительной регулировки используют фольгу. Ею обматывают датчик (полностью или наполовину), и тем самым, добиваются изначально большего значения затемнения.
Для подключения датчика света используется трехпроводная схема. Она означает, что вам необходимо подать на прибор полноценные 220В (фазу+ноль), а не только фазу.
Практически такая же схема используется и для датчиков движения. Правда там есть варианты и двухпроводного подключения без ноля.
Куда подключать фазу, а куда ноль? В этом деле можете ориентироваться по цветам.
Обычно один из проводов должен быть синего или зеленого цвета – это ноль.
Два других проводника также отличаются расцветкой. Например, один будет коричневым (черным), другой – красным.
Коричневый – это входная фаза от автомата питания. Третий провод (красный) – это выход на нагрузку. На нем фаза появляется только в момент срабатывания фотореле.
Ее как раз-таки и нужно заводить в светильник.
Заводские провода на датчике коротковаты, поэтому их приходится удлинять. Приготовьте заранее клеммы или гильзы для прессовки.
Наращивание производится кабелем сечением 1,5мм2. Общее соединение всех проводников должно осуществляться в защитной распредкоробке.
Вот как будет выглядеть такая схема подключения напрямую от выключателя расположенного в распредщитке.
Если вы захотите установить еще один промежуточный одноклавишный выключатель, дабы не бегать каждый раз в щитовую для отключения света, то схема соединения проводов фотореле немного изменится:
В распредкоробку будет заходить 4 кабеля. Фаза питания будет поступать по следующей цепочке:
- автомат в щитовой
- выключатель света
- датчик света
- фонарь
Обратите внимание на место установки фотореле.
Поэтому в 90% случаев фотореле размещают над фонарем.
Если позволяет корпус прожектора, то можно даже закрепить непосредственно на нем.
В противном случае вся схема будет работать некорректно и возможны самопроизвольные срабатывания и моргания.
При этом на кратковременные вспышки, например свет фар от проезжающих машин, реле реагировать не должно, благодаря выставленной на заводе задержке по времени.
Если нет никакой возможности спрятать датчик как можно дальше от светильника, то хотя бы прикройте корпус со стороны фонаря фанерой или другой непрозрачной перегородкой.
Также некорректная работа возможна по истечении длительной эксплуатации. Связано это с тем, что колпачок фотореле постепенно загрязняется и темнеет, пропуская со временем уже другое количество солнечных лучей через себя.
В результате резко меняются пороги срабатывания. Если это обычная грязь и пыль, то проблема легко решается влажной очисткой. А вот когда чернеет от времени пластик, тут уже поможет только замена защитного колпачка или всего прибора целиком.
Еще часто в таких реле сгорает стабилитрон. Это их главное слабое место.
Также при выборе фотореле обращайте внимание на температуру эксплуатации. К примеру, те же ФР-601 хорошо работают до -25С, а потом у них начинаются проблемы.
В этом случае вам опять поможет обычный выключатель света. Только в схеме его нужно подключать иначе, чем рассматривалось выше.
Фаза через него должна проходить напрямую к светильнику. Это своего рода перемычка на тот случай, если датчик не сработал или вышел из строя.
Свет будет зажигаться обычным щелчком выключателя, ровно также, как и все лампочки у вас дома.
Также в паспортных данных таких фотореле указана степень защиты — IP44.
Это означает, что датчики можно спокойно использовать на улице. Они защищены от брызг и капель дождя.
Однако обращайте внимание на правильное расположение прибора.
У них в защитной крышечке присутствует отверстие, через которое влага запросто может проникать во внутрь устройства.
А если вам для каких-то нужд понадобится, чтобы реле работало в реверсном режиме? Подавало напряжение и включало нагрузку днем, а выключало ночью.
Например, для освещения в сарае с животными, где нет окон. Что делать в этом случае?
Тогда идете в ближайший магазин и покупаете промежуточное реле, у которого один из контактов замыкается, а другой размыкается при срабатывании.
Все что вам нужно будет сделать, это подключать данное промежуточное реле после датчика света по нижеприведенной схеме.
В качестве такого реле может выступать и пускатель с доп.контактами.
Также пускатель понадобится при управлении освещением с мощной нагрузкой. Допустим это не одна лампочка, а полноценные уличные прожекторы или фонари с ДРЛ, ДНаТ или другими мощными источниками света.
Стандартное фотореле от того же IEK ФР-601, рассчитано на подключение нагрузки не более 10А. Это несколько светодиодных прожекторов мощностью около 2кВт.
Хотите больше? Воспользуйтесь следующей схемой с магнитным пускателем.
Его катушка подключается как раз-таки к фотореле, а силовые контакты подают питание на основную линию освещения.
Если вас не устраивает большой габаритный колпак датчика света, который портит весь дизайн фасада здания, воспользуйтесь фотореле с выносным датчиком.
В этом случае основной коммутирующий элемент располагается в щитке и напоминает современный модульный контактор на дин-рейке. Миниатюрный выносной датчик тем временем незаметно прячется под крышей или в любом другом месте.
Схема подключения здесь следующая:
Более расширенный и усовершенствованный вариант:
Внутри прибора по прежнему коммутируется фазный проводник.
Настройка чувствительности может осуществляется потенциометром на передней панели, в зависимости от модели. Вам больше не придется каждый раз подниматься на высоту под козырек дома.
Рассчитаны такие приборы уже на несколько большие токи (25А), чем китайские модели ФР-601.
Выносной датчик можно наращивать проводом до 50 метров. Вы его безболезненно сможете протянуть не только через крышу дома, но и через весь участок.
Фотодатчики и их применение
В различных электронных устройствах, устройствах домашней и промышленной автоматики, различных радиолюбительских конструкциях фотодатчики используются очень широко. Кто хоть раз разбирал старую компьютерную мышь, как ее называли «комовскую», еще с шариком внутри, наверняка видел колесики с прорезями, крутящиеся в щели фотодатчиков.
Подобные фотодатчики называются фотопрерывателями – прерывают поток света. С одной стороны такого датчика находится источник – светодиод, как правило, инфракрасный (ИК), с другой фототранзистор (если быть точнее, то два фототранзистора, в некоторых моделях фотодиода, чтобы определить еще и направление вращения). При вращении колесика с прорезями на выходе фотодатчика получаются электрические импульсы, что является информацией об угловом положении этого самого колесика. Такие устройства называются энкодерами. Причем энкодер может быть просто контактным, вспомните колесико у современной мышки!
Фотопрерыватели используются не только в «мышках» а и в других устройствах, например, датчиках частоты вращения какого-либо механизма. В этом случае применяется одинарный фотодатчик, ведь направление вращения определять не требуется.
Если из каких-то соображений, чаще всего для ремонта, залезть в другие устройства электронной техники, то фотодатчики можно обнаружить в принтерах, сканерах и копирах, в приводах CD дисководов, в DVD плеерах, кассетных видеомагнитофонах, видеокамерах и в другой аппаратуре.
Так какие же бывают фотодатчики, и что они из себя представляют? Просто посмотрим, не вникая в физику полупроводников, не разбираясь в формулах и не произнося непонятных слов (рекомбинация, рассасывание неосновных носителей), что называется «на пальцах», как эти фотодатчики работают.
Рисунок 1. Фотопрерыватель
Фоторезистор
С ним все понятно. Как обычный постоянный резистор имеет омическое сопротивление, направление подключения в схеме роли не играет. Только в отличие от постоянного резистора меняет сопротивление под воздействием света: при освещенности оно уменьшается в несколько раз. Количество этих «раз» зависит от модели фоторезистора, в первую очередь от его темнового сопротивления.
Конструктивно фоторезисторы представляют собой металлический корпус со стеклянным окошком, сквозь которое видна сероватого цвета пластинка с зигзагообразной дорожкой. Более поздние модели выполнялись в пластмассовом корпусе с прозрачным верхом.
Быстродействие фоторезисторов невелико, поэтому работать они могут лишь на очень низких частотах. Поэтому в новых разработках они почти не применяются. Но случается, что в процессе ремонта старой техники с ними встретиться придется.
Чтобы проверить исправность фоторезистора достаточно проверить его сопротивление с помощью мультиметра. При отсутствии освещения сопротивление должно быть большим, к примеру, у фоторезистора СФ3-1 темновое сопротивление по справочным данным 30МОм. Если его осветить, то сопротивление упадет до нескольких КОм. Внешний вид фоторезистора показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Фоторезистор СФ3-1
Фотодиоды
Очень похожи на обычный выпрямительный диод, если бы не свойство реагировать на свет. Если его «прозванивать» тестером, лучше несовременным стрелочным, то при отсутствии освещения результаты будут те же, как в случае измерения обычного диода: в прямом направлении прибор покажет маленькое сопротивление, а в обратном стрелка прибора почти не сдвинется с места.
Говорят, что диод включен в обратном направлении (этот момент следует запомнить), поэтому ток через него не идет. Но, если в таком включении фотодиод засветить лампочкой, то стрелка резко устремится к нулевой отметке. Такой режим работы фотодиода называется фотодиодным.
Еще у фотодиода есть фотогальванический режим работы: при попадании на него света он, как солнечная батарея, вырабатывает слабенькое напряжение, которое, если усилить, можно использовать в качестве полезного сигнала. Но, чаще фотодиод используется в фотодиодном режиме.
Фотодиоды старой конструкции по внешнему виду представляют металлический цилиндрик с двумя выводами. С другой стороны находится стеклянная линза. Современные фотодиоды имеют корпус просто из прозрачной пластмассы, в точности такой же как и светодиоды.
Рис. 2. Фотодиоды
Фототранзисторы
По внешнему виду бывают просто неотличимы от светодиодов, тот же корпус из прозрачной пластмассы или цилиндрик со стекляшкой в торце, а из него два вывода — коллектор и эмиттер. Базовый вывод фототранзистору вроде как не нужен, ведь входным сигналом для него является световой поток.
Хотя, некоторые фототранзисторы вывод базы все же имеют, что позволяет кроме света управлять транзистором еще и электрическим способом. Такое можно встретить у некоторых транзисторных оптронов, например АОТ128 и импортных 4N35, — по сути функциональных аналогов. Между базой и эмиттером фототранзистора включают резистор, чтоб несколько прикрыть фототранзистор, как показано на рисунке 4.
Рисунок 3. Фототранзистор
У нашего оптрона обычно «вешают» 10 — 100КОм, а вот у импортного «аналога» около 1МОм. Если поставить даже 100КОм, то он работать не будет, транзистор просто наглухо закрыт.
Как проверить фототранзистор
Фототранзистор достаточно просто проверить тестером, даже если у него нет вывода базы. При подключении омметра в любой полярности сопротивление участка коллектор – эмиттер достаточно большое, поскольку транзистор закрыт. Когда на линзу попадет свет достаточной интенсивности и спектра, то омметр покажет маленькое сопротивление – транзистор открылся, если, конечно, удалось угадать полярность подключения тестера. По сути дела такое поведение напоминает обычный транзистор, только тот открывается электрическим сигналом, а этот световым потоком. Кроме интенсивности светового потока немалую роль играет его спектральный состав. Про особенности проверки транзисторов смотрите здесь.
Спектр света
Обычно фотодатчики настроены на определенную длину волны светового излучения. Если это излучение инфракрасного диапазона, то такой датчик плохо реагирует на синий и зеленый светодиоды, достаточно хорошо на красный, лампу накаливания и само собой на инфракрасный. Также нехорошо воспринимает свет от люминесцентных ламп. Поэтому причиной плохой работы фотодатчика может быть просто неподходящий спектр источника света.
Выше было написано, как прозвонить фотодиод и фототранзистор. Тут следует обратить внимание на такую вроде бы мелочь, как тип измерительного прибора. У современного цифрового мультиметра в режиме прозвонки полупроводников плюс находится там же, где и при измерении постоянного напряжения, т.е. на красном проводе.
Результатом измерения будет падение напряжения в милливольтах на p-n переходе в прямом направлении. Как правило, это цифры в пределах 500 — 600, что зависит не только от типа полупроводникового прибора, но еще и от температуры. При увеличении температуры эта цифра уменьшается на 2 на каждый градус Цельсия, что обусловлено температурным коэффициентом сопротивления ТКС.
При пользовании стрелочным тестером надо помнить, что в режиме измерения сопротивлений плюсовой вывод находится на «минусе» в режиме измерения напряжений. При таких проверках освещать фотодатчики лучше лампой накаливания с близкого расстояния.
Сопряжение фотодатчика с микроконтроллером
В последнее время многие радиолюбители увлеклись конструированием роботов. Чаще всего это что-то такое на вид примитивное, вроде коробки с батарейками на колесиках, но жутко умное: все слышит, видит, препятствия объезжает. Вот видит он все как раз за счет фототранзистров или фотодиодов, а может даже и фоторезисторов.
Тут все происходит очень просто. Если это фоторезистор, достаточно подключить его, как указано на схеме, а в случае с фототранзистором или фотодиодом, чтобы не перепутать полярность предварительно «прозвонить» их, как было рассказано выше. Особенно полезно эту операцию проделать, если детали не новые, убедиться в их пригодности. Подключение разных фотодатчиков к микроконтроллеру показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Схемы подключения фотодатчиков к микроконтроллеру
Измерение освещенности
Фотодиоды и фототранзисторы имеют малую чувствительность, высокую нелинейность и весьма узкий спектр. Основное применение этих фотоприборов – работа в ключевом режиме: включено – выключено. Поэтому создание измерителей освещенности на них достаточно проблематично, хотя раньше во всех аналоговых измерителях освещенности применялись именно эти фотодатчики.
Но к счастью нанотехнология на месте не стоит, а идет вперед семимильными шагами. Для измерения освещенности «там у них» создали специализированную микросхему TSL230R, представляющую собой программируемый преобразователь освещенность – частота.
Внешне устройство представляет собой микросхему в корпусе DIP8 из прозрачной пластмассы. Все сигналы входные и выходные по уровню совместимы с TTL — CMOS логикой, что позволяет легко сопрягать преобразователь с любым микроконтроллером.
С помощью внешних сигналов можно изменять чувствительность фотодиода и шкалу выходного сигнала соответственно 1, 10, 100 и 2, 10, и 100 раз. Зависимость частоты выходного сигнала от освещенности линейная, в пределах от долей герца до 1МГц. Настройки шкалы и чувствительности выполняются подачей логических уровней всего на 4 входа.
Микросхема может вводиться в режим микро потребления (5мкА) для чего есть отдельный вывод, хотя и в рабочем режиме не особенно прожорлива. При напряжении питания 2,7…5,5В потребляемый ток не более 2мА. Для работы микросхемы не требуется никакой внешней обвязки, разве что блокировочный конденсатор по питанию.
По сути, достаточно подключить к микросхеме частотомер и получать показания освещенности, ну, видимо, в каких-то УЕ. В случае же применения микроконтроллера ориентируясь на частоту выходного сигнала можно управлять освещенностью в помещении, или просто по принципу «включить – выключить».
TSL230R не единственный измеритель освещенности. Еще более совершенными являются датчики фирмы Maxim MAX44007-MAX44009. Габариты их меньше, чем у TSL230R, энергопотребление таково, как у других датчиков в спящем режиме. Основное назначение таких датчиков освещенности – применение в приборах с батарейным питанием.
Фотодатчики управляют освещением
Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, некоторые из которых мы рассмотрим в следующей статье.