Асинхронный двигатель при работе от ибп

Способы пуска асинхронного двигателя

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Непосредственное подключение агрегата к сети – это прямой пуск асинхронного двигателя, который применим для моторов с короткозамкнутым ротором. При проектировании подобных устройств специалисты разрабатывают конструктивное решение, при котором пусковые токи, возникающие в обмотке статора, не провоцируют большое механическое усилие и не перегревают обмотку.

В связи с этим прямой пуск асинхронного двигателя высокой мощности невозможен, поскольку он приводит падению напряжения (больше 15%) в сети. Это, в свою очередь, ведет к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, провоцирует подгорание контактов и, как результат – пуск асинхронного двигателя становится невозможен.

Для снижения пускового тока пуск асинхронного двигателя производится при пониженном напряжении.

Пуск асинхронного двигателя, который работает при соединении обмотки статора треугольником и фазное напряжение соответствует напряжению сети, производится путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

В момент подключения переключатель устанавливается в положение, когда обмотка статора соединена звездой. Это приводит к уменьшению фазного напряжения на статоре и тока в фазных обмотках мотора.

В положении «звезда» фазный ток равен линейному, тогда как в положении «треугольник» он ниже линейного. Таким образом, при включении, когда ротор наберет скорость близкую к номинальной, переключатель переводят в положение треугольник. Возникающий перепад тока, как правило, невелик и не оказывает воздействия на работу сети питания.

Поскольку снижение фазного напряжения приводит к существенному уменьшению пускового момента, это является серьезным недостатком.

Пуск асинхронного двигателя может производиться при помощи автотрансформаторов и реакторов. Как и прочие способы пуска асинхронного двигателя, он основан на уменьшении подводимого напряжения и характеризуется снижением пускового момента.

Схема пуска асинхронного двигателя разрабатывается таким образом, чтобы создавать при небольшом токе большой пусковой момент. В отличие от прямого подключения специальное устройство пуска асинхронного двигателя обеспечивает постепенный разгон и торможение двигателя, что достигается благодаря подаче линейно изменяющегося напряжения от начального до номинального значения.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя в высокой степени снижает вероятность механического повреждения привода и вала электродвигателя, уменьшает электромеханические усилия в обмотках мотора. Сочетает функциональность и высокую надежность, простоту в настройках и эксплуатации.

Узнайте больше у консультантов МИГ Электро по предложенным телефонам, либо электронной почте:

Асинхронный двигатель при работе от ибп

Купить
8400 Грн

Плавный пуск двигателя
Регулирования частоты [2% – 200%]
Стабильный и высокий момент двигателя
Мягкий старт «Soft Start»
Защита от перегрузки по току и КЗ
Защита от неполнофазного режима
Защита от перегрева
высокий КПД (95%)
Низкое энергопотребление
Низкая нагрузка на сеть 220В
Система тепловой защиты
Эксплуатация в жестких условиях

Инвертор преобразователь параметров электрической сети ИППЭС «МОМЕНТ-3500С» предназначен для питания 3-фазных асинхронных двигателей от однофазной сети переменного тока 220В, 50 Гц.

Устройство представляет собой инвертор преобразователь частоты (ПЧ), выполнено по схеме с двойным преобразованием и формирует на своих выходах 3-фазную систему линейных напряжений 220В. Это позволяет при подключении к нему 3-фазного асинхронного двигателя создавать в обмотках статора синусоидальную систему токов сдвинутых на 120 эл. Градусов. Таким образом обеспечивается уверенный запуск и работа 3-фазного асинхронного двигателя с практически полным сохранением мощности и крутящего момента при работе от однофазной сети 220В в бытовых и промышленных применениях.

ИППЭС «МОМЕНТ — 3500С» обладает рядом кардинальных преимуществ по сравнению с традиционными способами пуска АД двигателей в однофазных сетях:

• Плавный пуск;
• Возможность регулирования частоты вращения в диапазоне 2 – 200%;
• Стабильный и высокий момент двигателя;

В стандартном исполнении предусмотрены следующие функции:

• Мягкий старт «Soft Start » — плавное увеличение напряжения на АД-двигателе с увеличением частоты в момент старта по закону UF=const, что позволяет значительно уменьшить кратность пускового тока и обеспечить уверенный запуск двигателя без перегрузки по току, что является очень актуальным для однофазных сетей 220в;
• Защита от перегрузки по току и КЗ — при перегрузке по току или коротком замыкании происходит автоматическое отключение двигателя, что исключает его перегрузку и возможность выхода из строя;
• Защита от неполнофазного режима;
• Защита от перегрева;
• Стабильная работа в диапазоне напряжения питающей сети от 187В до 242В;
• Повышенная надежность изделия в жестких условиях эксплуатации;
• На тепловыделяющие элементы источника установлена система тепловой защиты;
• Источник обеспечивает высокий КПД с низким энергопотреблением и малую нагрузку на сеть 220В;

Применение аккумуляторов для питания частотно-регулируемого электропривода

19 сентября 2021 г. 15:27

Экономические потери, связанные с перерывами в работе электроприводов из-за исчезновения сетевого электропитания могут быть весьма высоки. В первую очередь это утверждение относится к электроприводам ответственных подъемно-транспортных механизмов, кроме того к электроприводам промышленных установок, не допускающих перерывов технологического цикла (обработка горячего металла, обеспечение протеканий химических реакций и т.п.). Таким образом, повышение надежности электропитания электроприводов упомянутого оборудования является весьма актуальной технической задачей.

В представленной статье рассматриваются результаты разработки устройства, обеспечивающего бесперебойное питание частотно-регулируемого электропривода по схеме ПЧ-АД, состоящей из неуправляемого выпрямителя, звена постоянного тока (ЗПТ) и автономного инвертора напряжения. Такие схемы регулируемого асинхронного электропривода получили сегодня массовое распространение как в установках общепромышленного, так и специального назначения.

Широко известно, что, когда требуется обеспечить надежное электропитание технологического агрегата с рассматриваемым типом электропривода, пользователь прибегает к универсальному решению, применяя типовой источник бесперебойного питания (ИБП) со встроенным аккумулятором. Такой ИБП содержит соединенные последовательно выпрямитель и автономный инвертор напряжения, а между выпрямителем и инвертором к внутренним шинам постоянного напряжения ИБП подключена аккумуляторная батарея. Выпрямитель ИБП преобразует переменное напряжение сети в постоянное, из которого при помощи инвертора вновь формируется переменное напряжение с характеристиками сети. Если напряжение в основной сети становится ниже допустимого или отключается, инвертор начинает питаться от аккумуляторной батареи. При восстановлении уровня напряжения до номинального значения выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать инвертор.

Включение такого ИБП между сетью и преобразователем электропривода способно обеспечить бесперебойное питание ответственного частотно-регулируемого электропривода. Однако существенными недостатками этого решения будут являться не только высокие капитальные затраты но и заметное снижение КПД всей системы из-за дополнительного двойного преобразования энергии в ИБП подобного типа.

Уместно отметить, что частотно-регулируемый электропривод рассматриваемого типа, как правило, снабжен тормозным резистором (прежде всего – на подъемно-транспортном оборудовании), из-за чего имеют место неоправданные потери электроэнергии в тормозных режимах работы электропривода.

Более рациональным, чем применение типового ИБП, является решение проблемы обеспечения бесперебойного питания системы ПЧ-АД путем подключения аккумуляторной батареи (АБ) нужной энергоемкости непосредственно к звену постоянного тока частотно-регулируемого электропривода. Многие производители ПЧ в своих каталогах представляют возможность такого подключения, как способ обеспечения резервного питания электропривода. Однако при этом предполагается аварийная остановка электропривода при потере сетевого питания, с последующим пуском в работу после завершения подключения АБ. Очевидно, что предполагается соответствующая пауза в движении вала электропривода, что, как было отмечено выше, не всегда допустимо для ряда ответственных механизмов. Кроме того, предполагается, что пользователь самостоятельно решает проблему периодического заряда АБ.

Представляемое в докладе электронное устройство по своему назначению является блоком управления бесперебойным питанием (БУБП). Этот блок легко подключается к стандартному клеммнику ПЧ вместе с АБ, имеющей нужные параметры по условиям обеспечения номинального режима работы ПЧ требуемой длительности (см. рис.1).

Основная функция БУБП – обеспечивать подключение звена постоянного тока и автономного инвертора напряжения ПЧ к питанию от АБ, а также обратное переключение (при восстановлении напряжения питающей сети), без остановки вала электропривода.

Также разработанный БУБП способен одновременно выполнять функцию подключения ЗПТ к АБ для обеспечения заряда аккумуляторов, когда АД работает в генераторном режиме при торможении механизма. Данная функция также известна, как рекуперация энергии. Благодаря этой весьма привлекательной функции БУБП позволяет решить две важных задачи: — обеспечить защиту конденсатора ЗПТ от перенапряжения, что при существующих массовых решениях обеспечивается применением тормозного модуля ПЧ, направляющим энергию с конденсатора на упомянутый выше тормозной резистор; — исключить потери электроэнергии, генерируемой при торможении механизма путем ее накопления в аккумуляторах.

Вторая из этих задач решается с использованием в качестве ключа, подключающего АБ в таком режиме, транзисторного ключа, имеющегося в штатном тормозном модуле ПЧ, и предназначенного для коммутаций в цепи разряда конденсатора ЗПТ на тормозной резистор.

Важно отметить, что разработанный БУБП, обеспечивает не только накопление генерируемой при торможении энергии, но и возможность полезного ее использования при работе привода в двигательном режиме даже при исправной сети. Напомним при этом, что электроприводы подъемно-транспортных механизмов примерно половину времени своего рабочего цикла работают в режиме рекуперативного торможения.

Логика работы БУБП в этом режиме такова, что после снижения напряжения на батарее аккумуляторов (из-за расхода энергии в двигательном режиме) до уровня, соответствующего разряду аккумулятора примерно на 10 — 15%, к ЗПТ подключается выпрямитель и дальнейшая работа привода продолжается в штатном режиме при питании от сети.

При переходе же двигателя в режим генераторного торможения напряжение звена постоянного тока начинает увеличиваться и при значении, определяемом настройкой ПЧ, открывается ключ тормозного модуля, подсоединяющий аккумуляторную батарею к звену постоянного тока. Происходит заряд батареи, который останавливается с окончанием тормозного режима. Когда заряд АБ достигнет номинального значения, питание от сети прекращается, двигатель начинает работать от аккумуляторов и весь цикл повторяется. При этом, в случае отключения напряжения сети происходит подсоединение аккумуляторной батареи без остановки двигателя и электропривод имеет возможность продолжить работу в течение времени, определяемого емкостью батареи.

Таким образом, в предлагаемой системе энергия рекуперативного торможения двигателя запасается в аккумуляторе, а затем может использоваться в двигательном режиме работы как с целью экономии электроэнергии, потребляемой из сети, так и в качестве резервного источника при отключении напряжения питающей сети.

Разработанный БУБП в комплекте с АБ может рассматриваться производителями как самостоятельный вид дополнительного оборудования – Источник Бесперебойного Питания ПЧ (на рис.1 ИБП ПЧ обведен пунктиром) для тех пользователей ПЧ, которые предъявляют повышенные требования как к отказоустойчивости электропривода при потере сетевого питания, так и к энергоэффективности своего оборудования.

Время выполнения запроса: 0,0130059719086 секунд.

Асинхронный двигатель: пуск, резервирование, управление

FAT – промышленные системы гарантированного электроснабжения с функциями частотного регулирования и плавного пуска асинхронных электродвигателей.

Построение систем гарантированного электроснабжения

Для этого применяются системы, построенные на основе электронных преобразователей напряжения и аккумуляторной батареи, обозначаемые UPS (Uninterruptible Power System). Стандартный UPS, выполненный по технологии Online, обеспечивает бесперебойное питание потребителей переменным напряжением стабильной амплитуды и частоты, не зависящим от качества напряжения в электрической сети.

Стандартные UPS применяют для питания большинства потребителей, таких, как: компьютерные системы, аварийные источники освещения, устройства телекоммуникации, контроллеры КИПиА, контроллеры АСУ ТП и т. д. Однако существуют категории потребителей, требующих индивидуального подхода в решении вопроса гарантированного электроснабжения. Стандартные UPS допускают кратковременную перегрузку на выходе максимум до трех номинальных значений выходного тока. В частности, для запуска асинхронных двигателей, подключенных в качестве потребителей, такой перегрузочной способности стандартного UPS недостаточно, т. к. пусковые токи двигателей могут шестикратно превышать номинальный ток. Дополнительный фактор, что ток питания двигателя, получаемый от перегруженного UPS, не обладает синусоидальной формой, что может привести к нарушениям во время запуска, а также к полному отсутствию запуска. Проблему можно решить увеличением номинальной мощности UPS, но это приводит к удорожанию всей системы. Фирма APS Energia предлагает техническое решение для данной категории потребителей.

FAT – система гарантированного электроснабжения асинхронных электродвигателей

В промышленных системах различных отраслей в качестве одной из составляющих применяются приводные системы, которые должны бесперебойно вращаться электродвигателями, либо необходим старт двигателя в момент исчезновения напряжения в электрической сети. В качестве примера подобных приводных систем можно рассматривать:
• маслонасосы смазки подшипников турбогенераторов;
• механизмы турбогенераторов, поддерживающие вращения ротора после прекращения подачи пара в турбину;
• вентиляторы подачи выхлопных газов к дымоходам;
• мазутные насосы;
• циркуляционные насосы, водяные насосы, пополняющие котлы и т. п.

Одним из вариантов решения проблемы гарантированного электроснабжения вышеупомянутых приводных систем является использование двигателей постоянного тока с электронными регуляторами и резервным питанием от аккумуляторных батарей. К сожалению, существующие недостатки двигателей постоянного тока исключают повсеместное применение этих систем. К этим недостаткам относятся:
• большие габариты, а также стоимость двигателя постоянного тока по отношению к асинхронному двигателю;
• ограниченный срок службы из‑за износа коллектора и потребность в обслуживании;
• искрение коллектора.

Последний недостаток особенно нужно брать во внимание, когда двигатель используется в приводе масляных насосов или работает вблизи или внутри взрывоопасных производственных зон.

Этих недостатков лишена система, построенная на основе асинхронного двигателя и системы FAT, схема которой изображена на рисунке 2a.

«>

В нормальном состоянии двигатель запитан от электрической сети через выпрямитель и преобразователь DC/AC. При исчезновении напряжения в электрической сети двигатель через этот же преобразователь бесперебойно переходит на питание от аккумуляторной батареи. Кроме того, при включении FAT обеспечивает плавный пуск двигателя за счет автоматического регулирования частоты напряжения питания двигателя, в результате чего отсутствуют пусковые токи и перегрузка силовых цепей на выходе FAT.

Представленная на рисунке 2а схема является стандартной схемой системы FAT. По желанию заказчика APS Energia может расширить функции системы, как показано на рисунках 2б и 2в.

Данная система обеспечивает гарантированное питание дополнительных потребителей за счет применения второго инвертора.

В данной системе возможность регулирования частоты напряжения, питающего двигатель, позволяет регулировать производительность насоса. Это обеспечивает стабилизацию давления или расхода в системе, к которой подключен насос.

Преимущества использования

системы FAT производства APS Energia
В качестве двигателя приводной системы используется очень простой и дешевый асинхронный электродвигатель.

В сети отсутствуют броски тока, потребляемого системой FAT при пуске двигателя. Рисунок 4б представляет запуск двигателя насоса, запитанного от системы FAT. Пусковой ток двигателя равен номинальному току, но при этом двигатель сразу после пуска развивает максимальный момент на валу. Данный режим работы достигается за счет автоматического регулирования частоты и напряжения питания на выходе FAT. Это значительно облегчает запуск любого двигателя, а особенно тяжелый запуск двигателя, например запуск мазутного насоса зимой. Для сравнения, момент на валу и протекание тока в двигателе, запитанном от электрической сети или от стандартного UPS, представлены на рисунке 4а.

Путем подбора емкости аккумуляторной батареи в системе FAT обеспечивается требуемое время работы потребителей во время аварии в сети.

Путем введения в систему FAT обратной связи от приводной системы, например сигналов от датчиков давления или расхода трубопровода, можно легко регулировать параметры установок, в которых работают насосы, приводом которых являются асинхронные двигатели (регулируемая частота выходного напряжения FAT).

Путем установки дополнительных элементов в систему FAT:
• появляется возможность запитать дополнительных потребителей стабильным переменным напряжением;
• после запуска и синхронизации с напряжением сети двигатель, питающийся от FAT, может быть переключен на питание от электрической сети. При исчезновении напряжения в сети FAT выполнит обратное переключение и обеспечит работу двигателя от аккумуляторных батарей. Данное решение аналогично функции By-pass, используемой в стандартном UPS.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором составляют значительную часть семейства электрических двигателей переменного тока – преобразователей электромагнитной энергии от одно- или трехфазной сети в механическую энергию вращения вала двигателя.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором содержит две основные части: неподвижную и вращающуюся. Неподвижная часть – статор – состоит из сердечника той или иной конфигурации, одной или нескольких обмоток, уложенных в пазы сердечника и конструктивных деталей: станины, крепежных деталей и т.п. Подвижная часть – ротор – состоит из сердечника, короткозамкнутой обмотки, уложенной в его пазы, и конструктивных деталей, с помощью которых обеспечивается возможность вращения подвижной части относительно неподвижной: вала, опорных подшипников, крепежных деталей и т.п. Конструкция таких двигателей наиболее проста из всех видов электрических машин.

Модельный ряд асинхронных электродвигателей

Сводная таблица основных характеристик серий однофазных и трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором INNOVARI, INNORED:

Применение асинхронных двигателей

Предельная простота конструкции и дешевизна производства, а также появление гибких в программировании преобразователей частоты определили практически повсеместное применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в промышленных электроприводах. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели находят применение:

• в металлургическом производстве: в автоматизированных приводах оборудования прокатных и волочильных станов, литейного производства;
• в металлообрабатывающем производстве: в автоматизированных приводах станков и обрабатывающих центров, подъёмно-крановом оборудовании, транспортерах и т.п.;
• в механосборочном производстве: в приводах манипуляторов, конвейеров, компрессорном оборудовании;
• в горнодобывающем производстве: в бурильном и экскаваторном оборудовании, транспортерах и др.;
• в насосном, вентиляционном, компрессорном оборудовании;
• в строительстве: в крановом оборудовании, оборудовании подготовки и транспортировки стройматериалов;
• в бытовой сфере: в ручном электроинструменте, прачечном, кухонном и офисном оборудовании.

Преимущества использования асинхронных двигателей

Привлекательными сторонами использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются:

• относительно высокие значения коэффициента мощности (cos φ) и коэффициента полезного действия (η);
• жесткая механическая характеристика (малы изменения скорости при колебаниях нагрузки);
• высокие значения пускового и максимально допустимого момента на валу двигателя.

При этом имеет место предельная простота конструкции и обусловленная этим надежность в эксплуатации. Основными элементами, определяющими отказы асинхронных короткозамкнутых двигателей, являются опорные подшипники вала двигателя и электрическая изоляция обмоток. К основным факторам разрушения изоляции обмоток относится вибрация и перегрев обмоток, а также агрессивность внешней среды. Факторы разрушения подшипников: вибрации и перекос нагрузок, агрессивность внешней среды и паразитные токи через станину и вал двигателя, способствующие эрозии дорожек и тел качения. Эти недостатки присущи всем видам электрических машин, но в случае асинхронных короткозамкнутых двигателей простота конструкции и обеспечение условий эксплуатации сводит их влияние к минимуму.

Принцип работы асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

В пазах статора пространственно симметрично уложена трехфазная обмотка. Принцип работы асинхронного двигателя основан на свойстве таких обмоток, заключающемся в следующем: при питании фаз обмотки токами, сдвинутыми по времени на электрический угол, в градусах равный пространственному углу сдвига фаз обмотки, внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Частоту вращения такого поля принято называть синхронной. За один период изменения тока частотой f поле поворачивается на электрический угол 360°, соответствующий двум полюсным делениям. Поэтому скорость вращения поля (синхронная скорость) n_с = f/p (об/сек), где p – число пар полюсов обмотки. Вращающийся магнитный поток в пространстве статора пересекает витки обмотки ротора. При этом он индуцирует в обмотке ротора электродвижущую силу, под действием которой в обмотке начинает протекать ток. Частота и сила тока зависит от разности скоростей синхронной n_с и самого ротора n. Относительную разницу этих скоростей принято называть скольжением S=(n_с–n)/n_с. При номинальном режиме работы величина скольжения лежит в пределах 0,03…0,05. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, поскольку возрастает отставание ротора от магнитного потока. Ток ротора так же создает свой вращающийся магнитный поток, который, векторно складываясь с потоком статора, создает внутреннее магнитное поле машины. В результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем машины возникает вращающий электромагнитный момент, поддерживающий вращение ротора и приводящий в движение нагрузку электродвигателя. При движении ротора с синхронной скоростью исчезнет индуцируемая электродвижущая сила и ток в обмотке ротора, исчезнет и вращающий момент. Таким образом, ротор всегда движется со скоростью, меньшей синхронной.

В однофазных асинхронных двигателях обмотка статора состоит из двух пространственно сдвинутых фаз и запитывается однофазным напряжением. Для получения сдвига фаз токов в обмотках последовательно или параллельно одной из них включается фазосдвигающий элемент – чаще всего, конденсатор. Однофазные асинхронные двигатели, как правило, имеют худшие по сравнению с трехфазными двигателями характеристики, однако, в ряде случаев, эти недостатки перекрываются преимуществами, возникающими при возможности питания от однофазной сети.

Обмотка, уложенная в пазах статора, может быть многополюсной. В этом случае переключение обмоток на разное число пар полюсов используется для дискретного регулирования скорости вращения электродвигателя.