Устройство плавного пуска или частотный преобразователь что выбрать
Устройство плавного пуска или преобразователь частоты. В чем отличие?
Устройство плавного пуска предназначено для уменьшения тока запуска асинхронных двигателей. Особенно это существенно для электроприводов большой и средней мощности (кВт), когда их пусковой ток при прямом пуске достигают 5-7 кратного значения от номинального тока. Такие пусковые токи могут приводить к значительным просадкам напряжения сети, что в свою очередь может приводить к ложным срабатываниям различной аппаратуры, или к аварийным отключениям целой сети.
Частотные преобразователи и устройства плавного пуска являются двумя совершенно разными устройствами, и путать их нельзя. Частотный преобразователь преобразует частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, а устройство плавного пуска преобразует только напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя. Это существенный нюанс, его нужно знать.
Устройство плавного пуска состоит из включенных в каждую фазу встречно-параллельных тиристоров. Существует схема с включенными в две фазы с встречно-параллельными тиристорами. Рассмотрим систему управления тиристорами, датчик тока и напряжения, шунтирующие контакты, которые после работы пускового устройства зашунтируют контакты электродвигателя.
Рассмотрим пуск асинхронной машины без устройства плавного пуска на холостом ходу. Посмотрим в первую очередь на ток. Это двигатель большой мощности (кВт). Пусковой ток может достигать пикового значения 15 кА. Такие токи слишком большие для сети. Ток ротора тоже такого же значения. Эти токи нужно ограничивать. Такие токи будут вызывать ощутимые просадки напряжения. Поэтому используют устройства плавного пуска. Сейчас, подключив устройство плавного пуска и задав темп разгона, мы можем увидеть, как будет меняться ток при применении устройства плавного пуска. Ток нарастает медленно. Это зависит от заданного темпа разгона, магнитного поля, от стартового угла открытия тиристоров. Растет ток, начнет расти скорость и момент.
Двигатель выходит на свои номинальные обороты и начинает уменьшаться ток. Благодаря устройству плавного пуска меняют динамику разгона, подгонять ток. Есть много устройств, позволяющих адаптировать ток, реализовывать различные функции разгона: разгон по времени, разгон по току. Теперь применим устройство для пуска под этой же нагрузкой. Под нагрузкой устройства плавного пуска работают не очень хорошо, особенно при номинальной нагрузке двигателя. Темп разгона значительно замедляется при пользовании номинальной нагрузкой, поэтому обычно с номинальной нагрузкой их не разгоняют. Устройства плавного пуска позволяют применение даже под нагрузкой плавно нарастить пусковой момент, что очень важно в механизмах, где есть механическая передача.
Двигателя большой и средней мощности (кВт) развивают ударный момент, могут крушить и ломать некоторые механизмы: зубья передач, рвать ремни. Не всегда допустим разгон с помощью прямого пуска. Устройства для плавного пуска не предназначены для экономии электроэнергии, регулирования скорости вращения электродвигателя, а только для разгона, иногда для торможения.
Применение частотных преобразователей, устройств плавного пуска
Частотник рекомендуется применять тогда, когда нужно регулирование параметра техпроцесса изменением оборотов электродвигателя, момента вращения:
В этом случае применяется регулирование обратной связи по скорости вращения, по моменту.
Устройства плавного пуска применяют:
Частотный преобразователь имеет опцию устройства плавного пуска и дает возможность удерживать значение параметра. В сетях снабжения преобразователь частоты управляет электродвигателем, позволяющим удерживать выходное давление непостоянного вида, экономию электроэнергии, основное давление постоянное.
Отличия скалярных и векторных преобразователей частоты
Скалярная величина – значение, выраженное одним числом. Несколько значений изображается на шкале. Площадь, длина – это величины скалярные. Векторные величины – кроме числа имеют направление.
Главным методом изменения момента мотора является корректировка частоты и тока. Это ведет к изменению силы поля. Частотники можно настраивать, менять их выходные параметры для своих механизмов. Характеру выходного тока выхода частотного преобразователя можно придать гиперболический, параболический, линейный вид.
Для страгивания с места увесистый груз на механизме, току выхода придают гиперболический вид. Вентиляторы и насосы воды приводятся в работу по параболе, это экономит электричество. Так сконструированы множество частотных преобразователей, называющихся скалярными.
Следующим методом увеличения момента мотора служит применение гармоники выходного тока. Ее вектор вращается в сторону тока главной гармоники, по последовательности прямого вида. Остальные создают вращение в обратную сторону в последовательности обратного вида.
Нейтральный ток выше фазных токов, колебания 3-й гармоники больше следующих гармоник. Этот эффект используется для повышения мощности выхода и повышения момента на моторе. Для управления вращающим моментом применяют силу и частоту тока, а также фазу. Отсюда и пошло название «векторный».
Оптимизировано постоянство вращения в широком диапазоне путем сдвига фаз. Это свойство заключено в двигателе с замкнутым ротором. Поле проходит через ротор, где есть токи, создающие механическую силу. Она вращает вал мотора в сторону поля статора, но ротор отстает на несколько процентов от скорости вращения поля потока. Это скольжение обеспечивает переход электроэнергии в механическую энергию в двигателе асинхронного типа. Если нет скольжения в роторе, нет движущей силы, и нет вращения вала мотора.
Вращающий момент мотора прямо зависит от тока, и обратно пропорционален оборотам двигателя. Эффект от векторных методов небольшой. На небольших скоростях при увеличенном токе электродвигатель перегревается, требует охлаждающей системы. Обладают ли «невекторные» частотные преобразователи постоянным моментом моторного вращения? Асинхронный двигатель обладает свойством изменять вращающий момент по нагрузке вала, то есть, расходует ток, обеспечивающий одинаковый момент вращения и нагрузки.
На наименьших скоростях вращения вала двигателя векторные способы управления являются малоэффективными. Стоимость за свойство «векторности» преобразователя частоты не оправдывает себя, сложности системы уменьшают надежность механизмов. Такие частотные преобразователи нельзя использовать на приводах с несколькими моторами. Преобразователи частоты нужно классифицировать по методу управления током выхода:
Для конкретных целей для управления механизмами являются электромоторы с собственными управляющими системами. Универсальные механизмы и приводы создать невозможно, так как большая разница в конструкции и в выполняемых задачах. Нужно сконструировать привод механизма, учесть нужный момент мотора в негативном диапазоне частот вращения, а управление значением параметра будет осуществлять регулятор, им оснащены преобразователи скалярного типа.
Отличия частотного преобразователя и устройства плавного пуска
В схемах управления двигателями переменного тока широко применяются преобразователи частоты и устройства плавного пуска (софт стартеры). Устройства имеют принципиальные отличия и применяются для различных типов электроприводов.
Принцип действия УПП и частотных преобразователей
Принцип действия софт стартеров основан на зависимости момента на валу во время старта и пускового тока от величины питающего напряжения. Устройство плавного пуска обеспечивает старт и постепенный разгон двигателя до номинальной скорости. При этом снижается пусковой ток, ударная нагрузка на механизмы оборудования. Регулировка напряжения достигается изменением проводимости силовых тиристров, путем подачи импульсов различной частоты на управляющие контакты полупроводниковых ключей.
Принцип действия преобразователей частоты основан на зависимости скорости ротора от частоты, подаваемого на обмотки статора напряжения. Изменение частоты выходного напряжения достигается за счет подачи управляющих импульсов различной широты и длительности на инвертор. ПЧ обеспечивают мягкий пуск, остановку, а также регулирование частоты вращения ротора и момента силы на валу двигателя.
Таким образом, устройства плавного пуска и частотники имеют разный принцип действия.
Схемы
УПП или софт стартеры представляют собой управляемый бесстрансформаторный преобразователь напряжения, выполненный на базе тиристорных ключей. Производят 3 типа устройств плавного пуска:
Частотные преобразователи построены на базе схемы двойного преобразования. ПЧ состоят:
Таким образом, схемы преобразователя частоты и УПП имеют принципиальные отличия.
Функции преобразователей и устройств плавного пуска
Преобразователи частоты – многофункциональные устройства. Они позволяют:
Частотные преобразователи имеют большее количество функций, сфера их применения немного шире, чем у софт стартеров.
Устройства плавного пуска:
Габариты софт стартеров значительно меньше размеров частотных преобразователей той же мощности. Кроме того, стоимость устройства плавного пуска ниже цены частотного преобразователя аналогичной мощности. УПП также не является источником высших гармоник, после разгона электродвигателя ток протекает в обход полупроводниковых ключей.
Что выбрать, устройство плавного пуска или частотный преобразователь?
Выбор оборудования для управления электроприводом делается исходя из условий эксплуатации, требований технологической установки и экономической целесообразности. УПП выбирают:
Частотные преобразователи выбирают:
И те, и другие устройства защищают двигатели от ненормальных режимов, аварий. Снижение пускового тока, отсутствие рывков, ударных нагрузок снижает износ двигателей, увеличивает срок службы механизмов технологического оборудования. Плавный старт и остановка снижают вероятность гидроударов. Софт стартеры и преобразователи частоты можно интегрировать в системы автоматического управления.
Выбор устройств для электропривода делается при проектировании на основании данных анализа производственных процессов, технических и экономических расчетов. Компания Danfoss выпускает более 20 тысяч модификаций УПП, преобразователей частоты, дополнительных устройств для регулируемого электропривода. В каталог входит оборудования для электроприводов любого назначения, в том числе, высокоточных промышленных установок.
Отличия преобразователей частоты от устройств плавного пуска двигателей
Применение асинхронных двигателей в различных отраслях вполне оправдано. И совсем не удивительно, что для многих целей и задач просто необходимы регулировка пускового момента двигателя, пускового тока, рабочего крутящего момента, скорости вращения двигателя, и т.д. Во многих случаях это не только позволяет обеспечить устойчивую и долгую службу электродвигателя и связанного с ним оборудования, но также повышает экономию, то есть делает расход электроэнергии оптимальным.
Главная проблема асинхронных двигателей заключается в том, что согласовать пусковой крутящий момент с моментом нагрузки невозможно. К тому же имеет место большой пусковой ток, превышающий номинальный в 6-8 раз, а это не всегда безопасно как для стабильности питающей сети, так и для самого двигателя, тем более, если нагрузка совсем не согласована с пуском.
На помощь приходят устройства плавного пуска и преобразователи частоты.
Когда требуется ограничить пусковой ток, и разогнать двигатель до номинальных оборотов, повышая напряжение, то есть посредством амплитудного управления, полезно применить именно устройство плавного пуска. Оно особенно подходит для запуска оборудования в слабо нагруженных режимах и на холостом ходу.
Ясно, что регулировать рабочую скорость вращения двигателя с его помощью не удастся, но защиту от перегрузок устройство плавного пуска обеспечит, поскольку само имеет в 4-5 раз большую, чем двигатель, устойчивость к перегрузке по току.
Одно из достоинств устройств плавного пуска – отключение в аварийной ситуации, причем по времени оно очень быстрое, особенно если применяется в совокупности с современными контроллерами защиты. Так, время аварийного отключения может составлять не более 30 мс, при этом оно носит характер мягкого тиристорного отключения в нуле, и опасность перенапряжений исключается.
Как правило, устройства плавного пуска снабжены системой слежения за числом оборотов двигателя, и по достижении оборотов близких к номиналу, функция плавного пуска отключается, и независимо от нагрузки, без биений, двигатель переходит в обычный режим работы под нагрузкой.
Таким образом, устройство плавного пуска подойдет в случае необходимости ограничения пускового момента, пускового тока, и для защиты от перегрузок, но регулировать и стабилизировать обороты оно уже не позволит.
Частотное регулирование асинхронных электродвигателей также нашло широкое применение во всем мире. Здесь скорость вращения вала асинхронного двигателя меняется посредством электронного частотного преобразователя. Изменение частоты и амплитуды трехфазного напряжения, подаваемого на двигатель, определяет режим его работы.
Частотное управление способно обеспечить рабочие обороты двигателя как выше, так и ниже номинального уровня, причем с высокой точностью. Когда нагрузка носит переменный характер, обороты стабилизируются, и можно сильно экономить электроэнергию, не расходуя лишнее впустую.
Плавный пуск также достижим посредством частотного управления, что снижает износ и повышает ресурс оборудования в целом. При необходимости требуемое значение пускового момента просто может быть задано, а торможение производится управляемо.
Таким образом, преобразователь частоты полезен там, где требуются более широкие возможности для управления асинхронным двигателем, включая регулировку и стабилизацию оборотов, ограничение пускового момента, а также безопасное торможение, то есть там, где важна оптимизация управления в целом.
Весьма оправдано экономически применение именно частотных преобразователей в системах кондиционирования, вентиляции и водоснабжения. Рассмотрим пользу от применения частотных преобразователей непосредственно для управления насосными агрегатами. Насосные агрегаты системы водоснабжения вращаются с одной и той же скоростью, независимо от интенсивности использования водопровода.
Ночью, когда потребление воды минимально, насосы просто создают избыточное давление в трубах, тратя электроэнергию впустую, а могли бы снизить обороты, благодаря частотному регулированию посредством частотных преобразователей, и так обороты двигателей в насосах менялись бы в зависимости от конкретных нужд в конкретных условиях. Это позволит не только экономить электроэнергию, но и сохранит ресурс оборудования и снизит утечки воды в магистралях.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Отличия частотного преобразователя и устройства плавного пуска
Эти устройства существенно различаются как по принципу действия, так и по функциональному назначению.
Благодаря невысокой стоимости, простоте конструкции и другим достоинствам, асинхронные электрические двигатели широко используются в приводах бытовых инструментов и промышленного оборудования. Их основные недостатки – большие пусковые токи и затруднения регулирования частоты вращения.
Для регулировки скорости вращения ротора электрических машин такого типа, обеспечения плавного запуска и торможения в схемах электропривода используются частотные преобразователи и устройства плавного пуска (УПП).
Принцип действия
Принцип действия частотных преобразователей основан на изменении скорости вращения электродвигателя при изменении частоты питающего напряжения. Самое широкое распространение получили ЧП на базе схемы двойного преобразования с ШИМ-модуляцией. Такая схема включает в себя выпрямитель, блок управления и инвертор. Питающее переменное напряжение сначала выпрямляется, затем инвертируется в напряжение другой частоты. Задание значений частоты определяется широтой и длительностью управляющих импульсов, отпирающих полевые транзисторы инвертора.
Устройства плавного пуска бесступенчато изменяют величину напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя во время его пуска, разгона и торможения. Принцип действия УПП основан на бестрансформаторном регулировании напряжения в цепи обмоток статора электродвигателя.
При достижении номинальной частоты вращения вала двигателя, включаются шунтирующий контактор, ток в силовой цепи протекает, минуя УПП. Таким образом, устройство плавного пуска включатся только при запуске и остановке электрической машины.
Назначение преобразователя частоты и устройства плавного пуска
Частотные преобразователи – многофункциональные устройства. Их используют:
ЧП позволяет обойтись без редукторов, электромагнитных муфт и других устройств для механического регулирования скорости.
Устройства плавного пуска применяются:
Назначение УПП и частотных регуляторов существенно различаются. Существуют модели УПП, позволяющие изменять скорость вращения ротора электродвигателя. Они не заменяют частотный преобразователь, так как не предназначены для длительной эксплуатации в таком режиме.
Когда следует выбрать УПП и в каких случаях необходим частный преобразователь
При помощи преобразователя частоты можно решить практически любые задачи. Выбор УПП вместо частотника имеет в основном только экономическое обоснование. Перед выбором необходимо тщательно проанализировать условия работы электропривода, его цели и задачи, параметры питающей сети и другие факторы.
Частотные преобразователи целесообразно выбрать:
Главные преимущества устройств плавного пуска перед преобразователями частоты – небольшие габариты и низкая стоимость. Размеры и стоимость этих устройств одинаковой мощности могут различаться в 1, 5–10 раз.
Частотные преобразователи и УПП обеспечивают:
Выбор конкретного устройства зависит от требований к электроприводу и промышленному оборудованию и особенностей сети. Он осуществляется на основании анализа производственных факторов, инженерно-технических и экономических расчетов.
Отличия частотного преобразователя от устройства плавного пуска
Устройство плавного пуска и преобразователи – это два совершенно разных целевых устройства. Частотник применяется для регулирования скорости переменного тока, при этом одновременно изменяя выходное напряжение и частоту. УПП, по сути, является регулятором запуска двигателя, и меняет лишь выходное напряжение, но не частоту. Преобразователь частоты тоже обладает функцией плавного пуска, но его цена намного дороже, чем у УПП, а структура гораздо сложнее.
Частотники
Уменьшая воздействие растущего тока на силовую часть прибора, и предотвращая возгорание мотора, преобразователь частоты обеспечивает защиту мотора в работе. Помимо этого, основная функция частотного преобразователя заключается в регулировании скорости вращения двигателя соответственно с фактическими условиями работы, и эффективной экономии энергии. Поэтому с функциональной стороны частотные преобразователи намного лучше, чем плавные пускатели.
Что такое устройство плавного пуска двигателя
Soft Starter (также известный как пускатель) – это электронное устройство, различные функции которого включают в себя мягкий пуск и останов агрегатов, экономию энергии и защиту блока управления двигателя. Его основными компонентами являются тиристоры, подключенные встречно-параллельно между тремя элементами схемы:
• управляемый трёхфазный двигатель;
При применении УПП для запуска двигателя выходное напряжение тиристора постепенно увеличивается, двигатель плавно разгоняется до тех пор, пока тиристор полностью не включится.
Разница между УПП и преобразователем
Существует несколько методов предотвращения проблем с пуском мотора. Все они отличаются по реализации, принципу действия и соответственно цене.
Частотник преобразует стандартную частоту в 50 Гц от источника питания в различные частоты переменного тока, чтобы обеспечить управление электродвигателем, работающим с переменной скоростью. На данный момент существует несколько видов частотников. Основываясь на принципах работы их можно разделить на:
• контроль частоты скольжения;
Устройство плавного пуска выполняет запуск и останов, постепенно линейно наращивая или снижая напряжение, при этом обеспечивая энергосбережение и защиту цепей управления двигателя. Для максимальной скорости важна мощность мотора, а для ускорения – крутящий момент. УПП обеспечивают:
• уменьшение пускового тока;
• защитное отключение при пуске.
Когда двигатель достигает номинальной скорости вращения, процесс запуска завершается. УПП использует байпасный контактор для обеспечения номинального напряжения на двигателе.
Заключение
При разработке проектов промышленных сооружений, связанных с технологией и характеристиками двигателей, вопрос выбора между УПП и частотником, как правило, не возникает. А вот при разработке проектных разделов «Системы вентиляции и водоснабжения» эта задача нередко появляется. Скорее всего, полезность использования УПП или частотника определяется в первую очередь экономическим фактором.
Кроме этого, следует отметить:
1. В схемах с применением УПП требуется наличие компенсации реактивной мощности, в то время как для схем с частотником в таком дополнении нет нужды.
2. С помощью приводных систем решаются задачи по регулированию производительности двигателей в заданных пределах без применения специальных механизмов, системы с УПП этого не могут.
3. Частотно-регулируемые системы ввиду наличия большого объема памяти, обеспечивают надёжное управление двигателями различной мощности в диапазоне номинальной мощности частотника. Системам с УПП это не подвластно, и для решения задачи требуется установка дополнительного УПП для другой мощности мотора.
Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)