Подключение частотника к электродвигателю 380 B

Трехфазный электродвигатель — сравнительно простой и надежный мотор, который устанавливается в производственное оборудование, насосы, компрессоры. К преимуществам относят простоту подключения, обслуживания и высокую ремонтопригодность. Ограничением считается невозможность управления скоростью вращения ротора. Эту задачу позволяет решить подключение частотника к электродвигателю 380 В. Об особенностях такого режима работы — в этой статье.

Почему скорость вращения электромотора стабильна

Кратко рассмотрим принцип действия трехфазного электромотора. Главными рабочими элементами в нем выступают три обмотки, расположенные под углом 120° друг к другу и установленные вокруг свободно зафиксированного на системе подшипников ротора.

При подключении выводов к системе трехфазного электроснабжения к каждой из них подается электрический импульс. Что приводит к образованию тока внутри обмоток и образованию электромагнитного поля, наведенного им.

Поскольку на обмотку подается переменное напряжение, то индуцированное ею магнитное поле не имеет постоянной полярности. Полюса постоянно меняются местами с частотой, соответствующей скорости изменения амплитуды подаваемого от источника электрического тока.

Таким образом, систему трех обмоток можно представить как вращающееся магнитное поле. Оно увлекает за собой ротор, выполненный в виде решетки из стальных стержней. Направление вращения определяется очередностью фаз. Как мы покажем далее, если поменять два крайних провода в блоке выводов мотора, ротор станет вращаться в обратную сторону.

Бесконечно разгоняться такая система не может. Поскольку вращаться быстрее, чем наведенное магнитное поле, ротор не может. В реальных условиях эксплуатации его скорость отстает на величину скольжения. Что обусловлено, в частности, возникающими силами трения. Поэтому такие электродвигатели называются асинхронными.

Таким образом, при выходе на рабочий режим электродвигатель обеспечивает стабильную скорость вращения ротора. Увеличить и уменьшить ее без изменения параметров электропитания нельзя. А поставщик электроэнергии обеспечивает относительно стабильную частоту — 50 Гц.

Что такое преобразователь частоты

Преобразователь частоты — электронное/электротехническое устройство, способное изменять параметры подаваемого на вход электрического тока. Наиболее эффективными на сегодня являются блоки, выполненные на современной цифровой элементной базе. Поскольку они обеспечивают на выходе качественную форму импульсов и имеют низкий процент потерь энергии при преобразовании.

Какие задачи решает подключение преобразователя частоты

Подключение частотника к электродвигателю 380 В позволяет решать следующие основные задачи:

• Обеспечить плавный разгон ротора при включении мотора. Постепенно увеличивая частоту, блок разгоняет ротор. При этом уменьшаются пусковые нагрузки на систему электроснабжения, влияющие на работу приборов освещения, других видов оборудования, подключенных к одному источнику. Частотник также может плавно затормозить ротор, уменьшая частоту постепенно.

• Выбрать нужную скорость вращения. Диапазон регулировок частотного преобразователя в отношении частоты выходящего напряжения варьируется от 0 до 600 гц. Что дает широкие возможности управления скоростью вращения. При этом изменение это может выполняться в динамическом режиме. Что позволяет выбрать скорость вращения вала электромотора для различных задач и нагрузок.

• Менять направление вращения ротора. Опция реверса заметно расширяет сферу применения трехфазных электромоторов. Например, с ее помощью сравнительно просто организовать обратное движение ленты транспортера на производстве.

Одна из распространенных схем работы этих блоков состоит в предварительном выпрямлении тока. Переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное. А затем вступает в работу схема, генерирующая электропитание с импульсами заданной синусоидальной формы и частоты.

Технические ограничения

Отметим, что инженер, выполняющий подключение частотника к электродвигателю 380 Вольт должен учитывать ряд технических ограничений:

• С увеличением скорости вращения ротора увеличивается нагрузка на систему подшипников, сильнее нагревается корпус агрегата и его обмотки. Поэтому перед изменением условий работы мотора необходимо провести пробный пуск в новом режиме. Он позволит оценить перегрев и другие опасные последствия.

• Частотные преобразователи, особенно мощные, не комплектуются влагозащищенными корпусами по умолчанию. Поскольку инженерам необходимо обеспечить эффективное охлаждение компонентов устройства. Поэтому при установке для монтажа блока выбирают место, защищенное от пыли и влаги.

• Частотные преобразователи по умолчанию не комплектуются системами электрической защиты. Обеспечение автоматического отключения при аварийных ситуациях, резких скачках напряжения и других проблемах по питанию — ответственность инженера на предприятии.

Какие виды частотников бывают

Как и другие виды электрооборудования, частотные преобразователи могут поставляться в двух основных исполнениях по питанию:

• 380 В. Такое устройство рассчитано на подключение трехфазной электросети. Имеет три входа для подключения фаз питания. Плюс предусмотрен контакт для присоединения заземления.

• 220 В. Предусмотрены клеммы для подключения фазы нейтрали. Как и в трехфазной модели, есть возможность присоединить устройство к заземлению.

Типовым решением считается размещение блока входных клемм в верхней части корпуса изделия. Выходные устанавливаются на нижней панели. Для удобства монтажа производители оборудуют изделия кронштейном для установки на DIN-рейку. Этот способ размещения частотника — в силовом электрическом шкафу, следует признать наиболее подходящим.

Отметим, что при подключении мощных промышленных агрегатов частотный преобразователь работает с током повышенной мощности. Что приводит к значительному нагреву его элементов. Такие модели комплектуются собственной активной системой удаления тепла на основе вентилятора. Соответственно, при установке необходимо обеспечить приток свежего воздуха из окружающей среды.

Устройства различаются набором поддерживаемых функций. Кроме базовой — изменение частоты исходящего переменного напряжения, опционально могут быть предусмотрены:

• Реверс. Позволяет менять направление вращения ротора подключенного к частотнику мотора. Функция удобна для управления работой промышленного оборудования, подъемных установок. При смене направления вращения частотник плавно останавливает ротор. Затем контроллер меняет порядок смены фаз и разгоняет ротор в обратную сторону.

• Дистанционное управление. Позволяет организовать управление функциями частотного преобразователя из точки, удаленной от места его физического расположения. Например, можно разместить пульт на рабочем месте оператора или на корпусе оборудования.

• Плавный пуск/останов ротора. Этой функцией оснащено большинство частотников. В некоторых моделях производитель также предусматривает возможность выбора одной из шести и более заранее предустановленных программ разгона. Что позволяет подобрать алгоритм, удобный для конкретного сценария применения мотора. Например, это полезно в системах, требующих значительного крутящего момента на старте.

Особенности подключения частотника к электродвигателю

Большинство современных преобразователей частоты имеют выходы для подключения электродвигателей с маркировкой u, v, w. Т.е. производитель использует такой же способ обозначения, как и на выводах обмоток мотора. Что позволяет избежать ошибок при подключении.

Способ подключения обмоток электромотора выбирается исходя из указаний таблички, закрепленной на ее корпусе. Поскольку мы рассматриваем схему подключения частотного преобразователя к электродвигателю 380 В, то и наиболее эффективной окажется «звезда». В этом случае концы обмоток соединены между собой перемычками.

Схема «звезда» отличается от «треугольника» пониженным нагревом и электропотреблением мотора. Но при этом снижается крутящий момент. Поэтому в некоторых случаях эксплуатанты электродвигателей даже при подключении на 380 В могут выбрать «треугольник». Существуют варианты подключения, когда схема меняется на различных этапах работы мотора. На старте выбирается «звезда», а при выходе на рабочую нагрузку — «треугольник».

Перед тем, как подключить частотный преобразователь к электродвигателю 380 В, следует изучить инструкцию, поставляемую с этим блоком, и проверить схему подключения обмоток электромотора. Также необходимо принять меры для быстрого обесточивания системы. Например, с помощью рубильника или иного физически разрываемого контакта.

Далее выполняется подключение питания к самому частотному преобразователю. Большинство моделей не имеет защиты от попадания пыли и влаги. Поэтому все операции по подключению следует выполнять при нормальной влажности и низкой запыленности воздуха. Например, в мастерской на специальном стенде.

Рекомендуется подключать частный преобразователь через отдельный автомат выключения. Поскольку собственных средств электрической защиты этот блок в базовой поставке не имеет. Провода питания подводятся при отключенном автомате. После проверки корректности схемы подается напряжение.

Первый запуск электромотора производится без полезной нагрузки. После включения преобразователя по умолчанию включается режим плавного разгона электромотора с выходом на заданную в заводских настройках частоту — обычно 50 Гц.

Если мотор крутится в обратную сторону, существует два способа решения проблемы:

• Выставить нужные настройки в схеме управления частотного преобразователя, если он поддерживает функцию реверса. Стоит отметить, что функция востребована в некоторых видах промышленных агрегатов. Например, для запуска транспортера в обратную сторону.

• Поменять местами два провода в блоке подключения обмоток электромотора. Это приведет к изменению порядка следования фаз. На время переключения система обесточивается для предотвращения риска поражения электрическим током и возникновения дуги при коммутации силового оборудования.

При достижении стабильного вращения электромотора в рабочем режиме проверяют возможность изменения скорости вращения. Для этого выставляется требуемое значение частоты с помощью поворотной ручки, кнопок — в зависимости от модели частотника. При росте значения скорость вращения ротора увеличивается, при снижении — снижается. При достижении частоты 0 Гц электромотор полностью останавливается.

Схема подключения частотного преобразователя к электродвигателю 380 В должна соответствовать правилам установки промышленного оборудования в части выполнения требований пожарной и электрической безопасности. Она разрабатывается и утверждается электрической службой предприятия. В частности, предусматривается рубильник или яркая нажимная кнопка, позволяющая моментально обесточить оборудование. Операторы проходят инструктаж по технике безопасности.

После проверки работоспособности схемы на макете проводятся монтажные работы в цехе, мастерской, насосной станции, где предстоит эксплуатировать электромотор постоянно. Поскольку частотник не имеет защиты от влаги, его рекомендуется устанавливать в защищенном боксе или электрощите. В этом случае возникает необходимость организовать дистанционное управление его работой. 

Некоторые модели комплектуются дополнительными блоками управления, которые соединяется с частотником отдельным управляющим кабелем длиной до 2 метров и более. Что позволяет разместить их в непосредственной близости от оператора. Такое расположение пульта увеличивает безопасность и удобство использования оборудования.

Автор статьи: Александр Шихов