Устройство управления однофазным асинхронным двигателем

Однофазный асинхронный двигатель: схема подключения с пусковой обмоткой и конденсаторным запуском — чем отличаются и как их реализовать на практике

Изготовление самодельных станков и механизмов требует наличия источника крутящего момента, способного развивать высокую механическую мощность на валу привода при питании от сети 220 вольт.

Для этих целей подходит электродвигатель от бетономешалки, стиральной машины, другого оборудования или просто приобретенный в продаже.

В статье я рассказываю все про однофазный асинхронный двигатель, схема подключения которого зависит от внутренней конструкции и может быть выполнена с пусковой обмоткой или конденсаторным запуском.

• С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем
  • Как состояние подшипников влияет на работу двигателя
  • Что надо учитывать в конструкции статорных обмоток и как их подготовить
• Как отличить конструкцию однофазного асинхронного электродвигателя и определить его тип по статистической таблице
• Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: последовательность сборки
• Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском: 3 технологии
• Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы

С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем

Перед первым включением любого электродвигателя необходимо уточнить его устройство: конструкцию статора и ротора, состояние подшипников.

На собственном и чужом опыте могу заверить, что проще раскрутить несколько гаек, осмотреть внутреннюю конструкцию, выявить дефекты на начальном этапе и устранить их, чем после запуска в непродолжительную работу заниматься сложным ремонтом, который можно было предотвратить.

Важное предупреждение

Начинающие электрики довольно часто сами создают неисправности двигателя, нарушая технологию его разборки, работая обычным молотком: разбивают грани вала.

Для сохранения структуры деталей без их повреждения необходимо использовать специальный съемник подшипников электродвигателя.

В самом крайнем случае, когда его нет, удары молотком наносят через толстые пластины из мягкого металла (медь, алюминий) или плотную сухую древесину (яблоня, груша, дуб).

Как состояние подшипников влияет на работу двигателя

Любой асинхронный электродвигатель (АД) имеет ротор с короткозамкнутыми обмотками. В них наводится ток, создающий магнитный поток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем статора, которое и является его источником движения.

Ротор внутри корпуса крепится на подшипниках. Их состояние сильно влияет на качество вращения. Они призваны обеспечить легкое скольжение вала без люфтов и биений. Любые нарушения недопустимы.

Дело в том, что обмотку статора можно рассматривать как обыкновенный электромагнит. Если у ротора разбиты подшипники, то он под действием магнитного поля станет притягиваться, приближаясь к статорной обмотке.

Зазор между вращающейся и стационарной частями очень маленький. Поэтому касания или биения ротора могут задевать, царапать, деформировать статорные обмотки, безвозвратно повреждая их. Ремонт потребует полной перемотки статора, а это весьма сложная работа.

Обязательно разбирайте электродвигатель перед его подключением, тщательно осматривайте всю его внутреннюю конструкцию.

Что надо учитывать в конструкции статорных обмоток и как их подготовить

Домашнему мастеру чаще всего попадают электродвигатели, которые уже где-то поработали, а, возможно, и прошли реконструкцию или перемотку. Никто об этом обычно не заявляет, на шильдиках и бирках информацию не меняют, оставляют прежней. Поэтому рекомендую визуально осмотреть их внутренности.

Статорные катушки у асинхронных двигателей для питания от однофазной и трехфазной сети отличаются количеством обмоток и конструкцией.

Трехфазный электродвигатель имеет три абсолютно одинаковые обмотки, разнесенные по направлению вращения ротора на 120 угловых градусов. Они выполнены из одного провода с одинаковым числом витков.

Все они имеют равное активное и индуктивное сопротивление, занимают одинаковое число пазов внутри статора.

Это позволяет первоначально оценивать их состояние обычным цифровым мультиметром в режиме омметра при отключенном напряжении.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две разные обмотки на статоре, разнесенные на 90 угловых градусов. Одна из них создана для длительного прохождения тока в номинальном режиме работы и поэтому называется основной, главной либо рабочей.

Для уменьшения нагрева ее делают более толстым проводом, обладающим меньшим электрическим сопротивлением.

Перпендикулярно ей смонтирована вторая обмотка большего сопротивления и меньшего диаметра, что позволяет различать ее визуально. Она создана для кратковременного протекания пусковых токов и отключается сразу при наборе ротором номинального числа оборотов.

Пусковая или вспомогательная обмотка занимает примерно 1/3 пазов статора, а остальная часть отведена рабочим виткам.

Однако, приведенное правило имеет исключения: на практике встречаются однофазные электродвигатели с двумя одинаковыми обмотками.

Для подключения статора к питающей сети концы обмоток выводят наружу проводами. С учетом того, что одна обмотка имеет два конца, то у трехфазного электродвигателя может быть, как правило, шесть выводов, а у однофазного — четыре.

Но из этого простого правила встречаются исключения, связанные с внутренней коммутацией выводов для упрощения монтажа на специальном оборудовании:

• у трехфазных двигателей из статора могут выводиться:
  • три жилы при внутренней сборке схемы треугольника;
  • или четыре — для звезды;
• однофазный электродвигатель может иметь:
  • три вывода при внутреннем объединении одного конца пусковой и рабочей обмоток;
  • или шесть концов для конструкции с пусковой обмоткой и встроенным контактом ее отключения от центробежного регулятора.

Техническое состояние изоляции обмоток

Где и в каких условиях хранился статор не всегда известно. Если он находился без защиты от атмосферных осадков или внутри влажных помещений, то его изоляция требует сушки.

В домашней обстановке разобранный статор можно поместить в сухую комнату для просушки. Ускорить процесс допустимо обдувом вентилятора или нагревом обычными лампами накаливания.

Обращайте внимание, чтобы разогретое стекло лампы не касалось провода обмоток, обеспечивайте воздушный зазор. Окончание процесса сушки связано с восстановлением свойств изоляции. Этот процесс необходимо контролировать замерами мегаомметром.

Как отличить конструкцию однофазного асинхронного электродвигателя и определить его тип по статистической таблице

Привожу выдержку из книги Алиева И И про асинхронные двигатели, вернее таблицу основных электрических характеристик.

Как видите, промышленностью массово выпущены модели с:

• повышенным сопротивлением пусковой обмотки;
• пусковым конденсатором;
• рабочим конденсатором;
• пусковым и рабочим конденсатором;
• экранированными полюсами.

А еще здесь не указаны более новые разработки, называемые АЭД — асинхронные энергосберегающие двигатели, обеспечивающие:

• значительное снижение реактивной мощности;
• повышение КПД;
• уменьшение потребления полной мощности при той же нагрузке на вал, что и у обычных моделей.

Их конструкторское отличие: внутри зубцов сердечника статора выполнены углубления. В них жестко вставлены постоянные магниты, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем.

Во всем этом многообразии вам предстоит разбираться самостоятельно с неизвестной конструкцией. Здесь большую помощь может оказать техническое описание или шильдик на корпусе.

Я же дальше рассматриваю только две наиболее распространенные схемы запуска АД в работу.

Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: последовательность сборки

Например, мы определили, что из статора выходят четыре или три провода. Вызваниваем между ними активное сопротивление омметром и определяем пусковую и рабочую обмотку.

Допустим, что у четырех проводов между собой вызваниваются две пары с сопротивлением 6 и 12 Ом. Скрутим произвольно по одному проводу от каждой обмотки, обозначим это место, как «общий провод» и получим между тремя выводами замер 6, 12, 18 Ом.

Точками на этой схеме я обозначил начала обмоток. Пока на этот вопрос не обращайте внимание. Но, к нему потребуется вернуться дальше, когда возникнет необходимость выполнять реверс.

Цепочка между общим выводом и меньшим сопротивлением 6Ω будет главной, а большим 12Ω — вспомогательной, пусковой обмоткой. Последовательное их соединение покажет суммарный результат 18 Ом.

Помечаем эти 3 конца уже понятной нам маркировкой:

• О — общий;
• П — пусковой;
• Р — рабочий.

Дальше нам понадобиться кнопка ПНВС, специально созданная для запуска однофазных асинхронных двигателей. Ее электрическая схема представлена тремя замыкающими контактами.

Но, она имеет важное отличие от кнопки запуска трехфазных электродвигателей ПНВ: ее средний контакт выполнен с самовозвратом, а не фиксацией при нажатии.

Это означает, что при нажатии кнопки все три контакта замыкаются и удерживаются в этом положении. Но, при отпускании руки два крайних контакта остаются замкнутыми, а средний возвращается под действием пружины в разомкнутое состояние.

Эту кнопку и клеммы вывода обмоток статора из электродвигателя соединяем трехжильным кабелем так, чтобы на средний контакт ПНВС выходил контакт пусковой обмотки. Выводы П и Р подключаем на ее крайние контакты и помечаем.

С обратной стороны кнопки между контактами пусковой и рабочей обмоток жестко монтируем перемычку. На нее и второй крайний контакт подключаем кабель питания бытовой сети 220 вольт с вилкой для установки в розетку.

При включении этой кнопки под напряжение все три контакта замкнутся, а рабочая и пусковая обмотка станут работать. Буквально через пару секунд двигатель закончит набирать обороты, выйдет на номинальный режим.

Тогда кнопку запуска отпускают:

• пусковая обмотка отключается самовозвратом среднего контакта;
• главная обмотка двигателя продолжает раскручивать ротор от сети 220 В.

Это самая доступная схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой для домашнего мастера. Однако, она требует наличия кнопки ПНВС.

Если ее нет, а электродвигатель требуется срочно запустить, то ее допустимо заменить комбинацией из двухполюсного автоматического выключателя и обычной электрической кнопки соответствующей мощности с самовозвратом.

Придется включать их одновременно, а кнопку отпускать после раскрутки электродвигателя.

С целью закрепления материала по этой теме рекомендую посмотреть видеоролик владельца Oleg pl. Он как раз показывает конструкцию встроенного центробежного регулятора, предназначенного для автоматического отключения вспомогательной обмотки.

Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском: 3 технологии

Статор с обмотками для запуска от конденсаторов имеет примерно такую же конструкцию, что и рассмотренная выше. Отличить по внешнему виду и простыми замерами мультиметром его сложно, хотя обмотки могут иметь равное сопротивление.

Ориентируйтесь по заводскому шильдику и таблице из книги Алиева. Такой электродвигатель можно попробовать подключить по схеме с кнопкой ПНВС, но он не станет раскручиваться.

Ему не хватит пускового момента от вспомогательной обмотки. Он будет гудеть, дергаться, но на режим вращения так и не выйдет. Здесь нужно собирать иную схему конденсаторного запуска.

2 конца разных обмоток подключают с общим выводом О. На него и второй конец рабочей обмотки подают через коммутационный аппарат АВ напряжение бытовой сети 220 вольт.

Конденсатор подключают к выводам пусковой и рабочей обмоток.

В качестве коммутационного аппарата можно использовать сдвоенный автоматический выключатель, рубильник, кнопки типа ПНВ или ПНВС.

Здесь получается, что:

• главная обмотка работает напрямую от 220 В;
• вспомогательная — только через емкость конденсатора.

Эта схема используется для легкого запуска конденсаторных электродвигателей, включаемых в работу без тяжелой нагрузки на привод, например, вентиляторы, наждаки.

Если же в момент запуска необходимо одновременно раскручивать ременную передачу, шестеренчатый механизм редуктора или другой тяжелый привод, то в схему добавляют пусковой конденсатор, увеличивающий пусковой момент.

Принцип работы такой схемы удобно приводить с помощью все той же кнопки ПНВС.

Ее контакт с самовозвратом подключается на вспомогательную обмотку через дополнительный пусковой конденсатор Сп. Второй конец его обкладки соединяется с выводом П и рабочей емкостью Ср.

Дополнительный конденсатор в момент запуска электродвигателя с тяжелым приводом помогает ему быстро выйти на номинальные обороты вращения, а затем просто отключается, чтобы не создавать перегрев статора.

Эта схема таит в себе одну опасность, связанную с длительным хранением емкостного заряда пусковым конденсатором после снятия питания 220 при отключении электродвигателя.

При неаккуратном обращении или потере внимательности работником ток разряда может пройти через тело человека. Поэтому заряженную емкость требуется разряжать.

В рассматриваемой схеме после снятия напряжения и выдергивания вилки со шнуром питания из розетки это можно делать кратковременным включением кнопки ПНВС. Тогда емкость Сп станет разряжаться через пусковую обмотку двигателя.

Однако не все люди так поступают по разным причинам. Поэтому рекомендуется в цепочку пуска монтировать два дополнительных резистора.

Сопротивление Rр выбирается номиналом около 300÷500 Ом нескольких ватт. Его задача — после снятия напряжения питания осуществить разряд вспомогательной емкости Сп.

Резистор Rо низкоомный и мощный выполняет роль токоограничивающего сопротивления.

Где взять номиналы главного и вспомогательного конденсаторов?

Дело в том, что величину пусковой и рабочей емкости для конденсаторного запуска однофазного АД завод определяет индивидуально для каждой модели и указывает это значение в паспорте.

Отдельных формул для расчета, как это делается для конденсаторного запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть по схемам звезды или треугольника просто нет.

Вам потребуется искать заводские рекомендации или экспериментировать в процессе наладки с разными емкостями, выбирая наиболее оптимальный вариант.

Владелец
видеоролика “I V Мне интересно” показывает способы оптимальной настройки параметров схемы запуска конденсаторных двигателей.

Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы

Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.

Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.

Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки.

В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.

Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером.

Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.

Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.

Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.

Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме.

Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.

Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.

Если у вас еще остались неясные моменты про однофазный асинхронный двигатель и схему подключения, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.

Скалярный частотник для однофазного асинхронного двигателя

Начнём с того, что у каждого программера должен быть токарный станок. Ну… Или, как минимум, у меня он должен быть. И пусть даже без ЧПУ. Это моя мечта.

И мечта сбылась. Станок куплен, привезён, поставлен на место парковки и… Надо бы его включить. А включить его не так и просто. И если не искать простых путей, то нужен «частотник», а по-научному: преобразователь частоты. И пусть я в этом профан, но я его сделал.

И вот с подключения двигателя и начинаются интересности. Сам по себе я в таком профан, есть некоторые общие знания, но как оно реально работает — понятия не имел. А уж когда вместо ожидаемых 3-х выводов 3-х фазника я узрел 4, да ещё и не 3 обмотки с общей точкой, а отдельные 2, да ещё с разным сопротивлением… Ну, я, кхм, скажем так — «удивился».

Так вот, двигатели. Они бывают трёхфазные, трёхфазные, включенные треугольником через конденсаторы и… однофазные конденсаторные.

Трёхфазные — «полноценные» асинхронники. 3 обмотки, по-хорошему включённые звездой и повешенные на полноценные 3 фазы. Ну, или 3-х фазный частотник, коих валом на али.

Трёхфазные + треугольник + конденсаторы. Тут мы уже теряем в КПД, мощности и моменте, ну да если 3-х фаз нету, то вполне себе решение. Дёшево, просто, надёжно, сердито.

Однофазные конденсаторные

Вот о них то и пойдёт речь. Вообще, такие двигатели очень распространены. Это и вентиляторы моторчиков проекторов и приводы некоторых часов, и моторчики для маленьких наждаков и остальные применения, где не надо большой мощности, но нужны плюсы асинхронников: огромная надёжность + обороты, зависящие только от частоты питающего напряжения.

Базовая схема включения (картинка не моя, честно найденная на просторах интернета):

В общем, грубо, принцип такой: Есть стартерная обмотка, она наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. Со смещением по фазе включается рабочая обмотка. Она «отталкивает» замагниченный якорь, начинается вращение. При повороте на некий угол, всё повторяется. Мотор начинает крутиться.

Итого — нужно 2 фазы, смещённые на некий угол. Обычно это 90 градусов. Это и обеспечивается пусковым конденсатором. Ну а после набора оборотов — якорь начинает работать от самой же рабочей обмотки и стартерную обмотку можно вообще даже отключить. Ну, или запитать от рабочего конденсатора, существенно меньшей ёмкости.

Но это всё теория. А на практике то чего хочется? Хочется частотник. Что б само разгонялось, тормозило, крутилось в обе стороны, ну и с разными оборотами, конечно! И вот тут становится всё несколько сложнее. Дело в том, что таких частотников в продаже в разы меньше. И стоят они в разы больше. В общем — экзотика.

А ведь, если так задуматься, то разница от 3-х фазного не так и велика. И даже можно использовать ту же схемотехнику. При этом, есть те же 3 отвода: общий, стартерная обмотка, рабочая обмотка. И всё дело в прошивке. А значит — это можно сделать. И пусть это будет не векторное управление с кучей математики, а простое скалярное, но… как умею.

Итак — что требуется. Для начала посмотрим на графики синуса и косинуса (у нас же смещение 90 градусов) УСЛОВНО оно будет выглядеть так:

Т.е. задача элементарна: «притягиваем» к земле общий, подаём пачку положительных импульсов в стартерную обмотку, подаём пачку импульсов в рабочую. Затем подтягиваем общий к плюсу и подаём пачку отрицательных импульсов к стартерной, а затем и рабочей обмотке. Т.о. грубо получаем имитацию смены полярности и сдвиг фаз. От того, как часто мы это будем делать — будет зависеть «частота».

В общем — теория проста. В качестве контроллера ATMega 328 с бутлоадером ардуины (да по сути, сама ардуина, просто без лишней обвязки), в качестве драйвера IR2132 (старая, но с IR2136 не сложилось) и выходные ключи IRG4BC30. Дя моего 1.1КВт-го мотора этого более чем достаточно.

(Если повторять схему, то просто делается плата, в Arduino Duemilanove заливается скетч, затем Mega328 выдёргивается и впаивается в плату. Готово.)

А вот дальше… Дальше я погрузился в удивительный мир индуктивностей и силовой электроники. И всё оказалось не так и просто, как думалось вначале:

1. Скорость открытия и закрытия ключей — это важно. Deadtime — это ОЧЕНЬ важно.
2. Включение балласта — обязательно с использованием диода, обращённого плюсом на силовой фильтрующий конденсатор. Иначе выбросы при снятии нагрузки с индуктивности на раз выводят из строя силовые IGBT.
3. Охлаждение. На плате маленькие радиаторы — плохо. Либо перегреется, либо надо обдувать. Но если обдувать, то вся металлическая взвесь от станка, рано или поздно, закоротит что-то и будет бах.
3+. Слюда, а точнее ОЧЕНЬ ТОНКАЯ слюда, это плохо. Она пробивается и получается то, что в заглавии статьи. В то же время силиконовые термопрокладки хуже по теплопроводности. Ну а керамика… У меня её нет.
4. Торможение методом длинной пачки импульсов одной полярности на одну обмотку, быстро перегревает транзисторы и они сгорают. А так же, очень весело прыгает мотор, раскрученный до 3-х тыс оборотов и остановленный за 0.3 сек до 0.
5. Когда у вас всё заработает и вы расслабитесь, включите схему без балласта и нажмёте пуск — будет бах. Это приводит ещё и к замене драйвера.

Скетч: Сейчас реализовано вращение в обе стороны с плавной перестройкой частоты 25-75Гц с шагом 0.25. Была идея с тормозом. Сейчас закомментировано и надо будет менять схему. А именно, идея такая: я правильно подавал импульсы одной полярности, НО. Это надо делать через балластное сопротивление отдельным ключом.

Силовая часть: схема ещё будет дорабатываться, но на данный момент станок стоит в не отапливаемом помещении и работать с ним крайне сложно из-за замерзания масла.

Схема:

В общем-то почти классик, но собранная из 5-и разных схем. Диоды по «высоким» плечам в общем-то при применении IGBT транзисторов и не обязательны, но я сначала сделал, а потом только подумал

В итоге: оно работает. Многое ещё стоит доделать, например выносной «пультик», тормоз. Может стоит поэкспериментировать с длительностью импульсов или сделать таки полноценный ШИМ имитирующий синус, а не постоянную скважность. Но пока это так. Может кому пригодится.

И в окончание, хотелось бы спросить: вместо балласта я поставил дроссель, «зажатый» диодами. На сколько я не прав в таком решении? Дроссель, я даже не знаю какой индуктивности. Взят из БП ATX, где он стоял в блоке компенсации реактивной мощности.

Ну а опыт… Опыт очень интересный. Я никогда б не подумал что это может быть столь сложно. И что 30В и 300В это огромная разница. Очень зауважал людей, которые такие вещи проектируют.
А это цена моих ошибок:

Видео всего процесса можно посмотреть тут: 1 2 3

Вопросы более знающим, ответы хотелось бы в комментариях:

1. Дроссель что стоит по цепи +310. Стоит ли мне от него избавляться? Я поставил его в надежде что нарастание тока, в случае сквозного тока, будет медленней и драйвер успеет уйти в защиту по току.

2. У меня получаются импульсы одинаковой скважности. Критически ли это важно? Оставить, или всё ж таки делать нечто «синусозависимое» по скважности?

Однофазный асинхронный электродвигатель — устройство, принцип работы

Практически всем хорошо известны трехфазные электродвигатели, они широко применяются в промышленности, позволяют решать самые различные задачи. Да и принцип получения переменного тока, как физической величины мы привыкли рассматривать на примере тех же трехфазных асинхронных генераторов. Но как быть в бытовых условиях, где присутствует только одна фаза, народные умельцы научились выполнять подключение трехфазных электрических машин, но это не обязательно. На практике давно используется однофазный асинхронный электродвигатель, который может выполнять все свои функции даже в домашней сети переменного тока.

Конструктивные особенности

Если сравнивать однофазный электродвигатель с другими электрическими машинами, то конструктивно он также состоит из подвижного и неподвижного элемента — статора и ротора. Статор, за счет протекания электрического тока по его обмоткам, создает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с ротором. В результате электромагнитного взаимодействия ротор приводится во вращение.

Рис. 1. Конструкция однофазного асинхронного электродвигателя

Однако все не так просто, как может показаться на первый взгляд, если бы вы убрали из обычного трехфазного электродвигателя лишние две обмотки и подключили в розетку, вращение бы не началось. Мотору попросту не хватит момента для вращения ротора. Поэтому конструкция однофазного асинхронного электродвигателя имеет ряд особенностей.

Ротор

Ротор однофазного электродвигателя представляет собой такой же металлический вал, который оснащается обмоткой. На валу собирается ферромагнитный каркас из шихтованной стали по ее внешней поверхности проделываются пазы. В пазах на валу ротора устанавливаются стержни из меди или алюминия, которые выступают в роли обмотки, проводящей электрический ток. На концах стержни соединяются двумя кольцами, из-за такой конструкции его также называют беличьей клеткой.

При воздействии электромагнитного потока от статора на короткозамкнутые обмотки ротора в беличьей клетке начинает протекать ток. Ферромагнитная вставка на валу помогает усилить поток, проходящий через него. Однако далеко не во всех моделях существует магнитный проводник, в некоторых он выполняется из немагнитных сплавов.

Статор

Конструкция статора в однофазном электродвигателе имеет такой же состав, как и в большинстве электрических машин:

• металлический корпус;
• установленный внутри магнитопровод из ферромагнитного материала;
• обмотка статора, представленная медными проводниками.

Обмотки статора такого электродвигателя подразделяются на две – основную, она же рабочая, через которую осуществляется постоянная циркуляция нагрузки и пусковая, которая задействуется только в момент запуска. Обе обмотки однофазного двигателя расположены под углом 90° друг относительно друга. Такая конструкция делает их схожими с двухфазными электродвигателями, где также применяются две обмотки.

Но их объем, относительно всего пространства асинхронного двигателя отличается, основная составляет только 2/3 от общего числа пазов, а пусковые обмотки занимают 1/3.

Принцип работы

Принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя заключается в создании пульсирующего магнитного потока от протекания электрического тока по основной обмотке статора, если рассматривать вариант пуска от вспомогательного витка. Таким образом, подключение однофазного мотора к сети мы рассмотрим на примере одно витка.

Рис. 2. Принцип формирования магнитного потока в статоре

Как видите на рисунке выше, переменный электрический ток, протекая по проводнику, согласно правила буравчика, создает концентрические магнитные потоки. При появлении максимума синусоиды магнитный поток также достигнет своего максимума. Однако в сети однофазного переменного электрического напряжения ток меняет свое направление движения в витке с частотой в 50 Гц. Это означает, что как только кривая пересечет ось абсцисс, ток будет протекать по витку обмотки в противоположном направлении и создаваемый ним магнитный поток получит противоположные полюса и направленность результирующего вектора:

Рис. 3. Формирование потока обратного направления

С физической точки зрения оба потока равнозначны, поэтому их смена с периодичностью 100 раз в секунду даст нулевой результат при сложении. Прямой магнитный поток окажется равным обратному:

Это означает, что если в таком поле окажется ротор электродвигателя, вращаться он не будет. 100 раз в минуту в нем произойдет смена магнитного потока, и короткозамкнутый ротор будет просто гудеть, оставаясь на месте. Однако ситуация в корне измениться, если возникнет импульс к начальному движению. В таком случае появиться скольжение, которое и приведет к постоянному вращению вала:

• n₁ – частота вращения магнитного поля однофазного электродвигателя;
• n₂ – частота вращения ротора асинхронного электродвигателя;
• S – величина скольжения однофазного индукционного мотора.

При смене магнитного потока направление вращения и поля статора и ротора электродвигателя совпадут, поэтому скольжение получит иное выражение для вычисления:

Попеременное пересечение стержней магнитными потоками разного направления создаст в них ЭДС, которая сгенерирует электрический ток в роторе и ответный магнитный поток. А он, в свою очередь, также вступит во взаимодействие с полем статора однофазного электродвигателя, как показано на рисунке ниже.

Рис. 4. Получение ЭДС в роторе

Как видите, чтобы подключить трехфазный электродвигатель, достаточно подать на него напряжение, но с однофазным такой вариант не сработает.

Для запуска мотора необходим первичный импульс, который на практике может быть получен посредством:

• раскрутки вала вручную;
• кратковременного введения пусковой катушки;
• расщепления магнитного поля короткозамкнутым контуром.

Из вышеприведенных способов сегодня первый используется только в лабораторных экспериментах, из практического применения он вышел из-за опасности травмирования оператора.

Схемы подключения

Для получения базового импульса вращения могут использоваться различные схемы подключения. Со временем, некоторые из них утрачивали свою актуальность и сменялись более прогрессивными, поэтому далее мы рассмотрим наиболее эффективные, которые применяются и сейчас.

С пусковым сопротивлением

Так как в индукционных электродвигателях сопротивление обмоток имеет комплексную форму, вектор магнитного потока можно легко сместить, если в пусковую обмотку добавить сопротивление. Наличие активной составляющей даст необходимый угол сдвига между рабочими катушками однофазного электродвигателя и пусковой, от 15° до 50°, что и обеспечит разницу для начального вращения.

Рис. 5. Схема с пусковым сопротивлением

С конденсаторным запуском

В отличии от предыдущего способа, в схеме с конденсаторным пуском электродвигателя применяется емкостной элемент, который позволяет сместить электрические величины в основной и пусковой катушках на 90°, обеспечивая максимальное усилие.

Рис. 6. Схема с конденсаторным пуском

На практике пусковой конденсатор вместе с дополнительной обмоткой вводятся кнопкой пуска одновременно с подачей основного питания. Пусковая кнопка устроена таким образом, что контакт C_n возвращается пружиной в изначальное положение, сразу после окончания конденсаторного запуска.

С расщепленными полюсами

В отличии от конденсаторных двигателей, такой способ пуска предусматривает наличие особой конструкции статорного магнитопровода. В этом случае каждый полюс разделяется на два, один из которых комплектуется короткозамкнутым витком, изменяющим характеристики магнитного потока.

Рис. 7. Схема с расщепленными полюсами

Существенным недостатком этого метода пуска однофазного электродвигателя является постоянная потеря мощности и снижение КПД мотора. Поэтому его применяют только в электрических машинах до 100 кВт.

Область применения

Однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовых устройствах или промышленных аппаратах малой механизации. Они охватывают относительно маломощное однофазное оборудование, которое питается от 220В.

Это различные станки для обработки древесины, металла, пластика и т.д. Также однофазные электродвигатели используются в установках сельскохозяйственной отрасли для смешивания зерновых, изготовления бетона и т.д. В быту их применяют в некоторых моделях микроволновок, вытяжек, стиральных машин и куллеров, питающихся от однофазного источника.

Видео по теме

Поделиться в социальных сетях

Комментарии и отзывы (8)

Евгений

Прошу прощения за ошибку -конечно же «расщепленный статор»

Евгений

Статья правильная и полезная. Я сам не электрик, но когда потребовалось самостоятельно подключить однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым витком (кольцом) пересмотрел несколько букварей чтобы понять суть работы и способ подключения. Помог ваш рисунок с расщепленным ротором. Спасибо!

Руслан

Чего восторженные отзывы — не понял, статья слабая и малоинформативная.
ошибок куча. например: 1. конденсаторные 1ф ЭД чаще не с пусковой обмоткой, а с обоими рабочими. так КПД выше и на много; 2. какие 100кВт у двигателя с расщеплёнными полюсами. их больше 100 ВАТТ не делают, у них КПД ДО 50%!
самые мощные ОДНОфазные ЭД на единицы киловатт делают и только конденсаторные, причём, конденсаторы включены постоянно. например, движки насосов.

Макаров Дмитрий (Эксперт)

Вы не поняли отзывов по той простой причине, что невнимательно читали статью или не вникали в ее смысл. Вы путаете пусковой и рабочий конденсатор – это как Крым и Рим, звучит похоже, но совершенно разные вещи!

На рисунке выше показано, что есть схема:

• только с пусковой обмоткой и таким же пусковым конденсатором, о которой говорилось в статье;
• второй – только с рабочим конденсатором, который присутствует в схеме питания электродвигателя постоянно;
• третий вариант включает и конденсатор для пуска, и рабочий – одни присутствует для увеличения момента в начале вращения, второй поддерживает смещение постоянно.

Далее разберем, в чем вы ошибаетесь.

Первое, в статье четко описано, почему однофазный двигатель (именно с одной обмоткой для одной фазы) не может начать вращаться от сети с одной фазой самостоятельно. Поэтому и существует несколько способов для приведения вала в начальное вращение, один из которых – это конденсаторный пуск. Пусковой конденсатор вводится с пусковой обмоткой на короткий промежуток времени, чтобы образовался сдвиг в магнитном поле, который приведет ротор в начальное вращение. Благодаря тому, что пусковая обмотка имеет большее сечение, ток в ней значительно больше тока в витках рабочей на этапе включения, создает более сильный магнитный поток, который и воздействует на ротор со смещением на величину емкости.
Затем и конденсатор, и пусковая обмотка выводится из работы, так как их функция уже выполнена и ротор начал вращаться. Ток продолжает протекать только в рабочей обмотке двигателя. Если бы пусковая обмотка, как вы написали выше, оставалась в работе постоянно, то произойдет смещение магнитного поля и его форма станет менее эффективной, что снизит КПД однофазной электрической машины.

А вот то, о чем вы пишите, называется рабочим конденсатором, а не пусковым – это две большие разницы. Рабочий конденсатор действительно вводится в схему работы электродвигателя на постоянной основе, но это делается не для однофазных двигателей, а минимум, для двухфазных, которые подключаются к бытовой сети. В двухфазной модели, в отличии от однофазной нет пусковой обмотки, в нем обе рабочие, одинаковые по сечению проводников, объему и с симметричным расположением. Так как в однофазной сети подача напряжения на обе обмотки никакого вращения не даст, вторую обмотку действительно подключают через рабочий конденсатор, что и дает возможность воздействовать на ротор. Но это не тот вариант, когда КПД двигателя достигнет своего максимума – скорее вынужденный режим. Таким же способом, через рабочий конденсатор может включаться и трехфазный двигатель к однофазной сети, но КПД от его работы будет еще ниже.

По поводу мощности двигателей с расщепленными полюсами, то это естественно, что сегодня вы встречаете только маломощные модели, которые применимы для вентиляторов, некоторых логических приводов и т.д. Технология, разработанная в 1890 году, в наше время утратила актуальность для электрических машин большой мощности из-за наличия других способов пуска, за счет совершенствования электроники и т.д. Однако еще при союзе, когда не считали каждый киловатт электроэнергии, ее действительно применяли в электродвигателях до 100кВт, как одну из прогрессивных технологий того времени. Поэтому и сегодня вы еще можете встретить применение подобных агрегатов в учебных лабораториях и некоторых предприятиях, где их еще не заменили, а вот в продаже вряд ли.

Руслан

Автор пишет, о том, что ОСНОВНЫМ методом запуска и работы ОЭД является применение пусковой обмотки, при этом рабочая — одна. Я не согласен с ЭТОЙ формулировкой, а не с теоретическими выкладками. И теорию вопроса я знаю не хуже Вас, уж поверьте.
сейчас ВСЕ устройства, изготавливаемые человеком идут по пути удешевления и упрощения, поэтому, применение именно пусковых обмоток НЕ выгодно: энерговооружённость машины мала (одна из обмоток в работе НЕ участвует, но её надо изготовить, и она должна быть), нужен пусковой элемент с силовым контактом (контакты в электрике — самое слабое место).
про 100кВт однофазный электродвигатель: теоретически можно сделать всё что угодно, а зачем. говорите: «в СССР не считали каждый кВт электроэнергии». может поэтому этой страны теперь и нет… если бы считали ресурсы, было бы всё по другому?
есть теоретические изыскания, а есть экономическое обоснование. асинхронные электродвигатели — это самые простые (читай, надёжные и дешёвые) электрические машины, поэтому их большинство. НО, они имеют отвратительную внешнюю характеристику (однофазные — в особенности), поэтому, если у исполнительного механизма особые требования к приводу, то применяются или электромашины другого типа, или питание специальных асинхронных двигателей от частотных преобразователей.

Макаров Дмитрий (Эксперт)

Да, в тексте написано, что однофазный асинхронный электродвигатель имеет две обмотки – одна из них рабочая, а вторая используется для подачи импульса, который обеспечивает начальный ход ротора. Как только возникает разность вращения ротора и воздействия электромагнитного поля, пусковая катушка, она же пусковой виток, выводится из электрической цепи. Поэтому в работе остается только одна обмотка, из-за чего в тексте и говориться, что рабочая обмотка одна.

Ваше понимание удешевления вообще не подходит к мировым тенденциям – в одном случае выгодно обойтись без пусковой обмотки, а в другом, наоборот, именно пусковая обмотка и обеспечивает необходимую экономию, а если рассмотреть однофазную асинхронную машину, то у нее это один виток. Если послушать, что вы говорите о контактах, так со смеху можно упасть! Да это слабое место, согласен, но вы можете себе представить, что в мире перестали выпускать щеточные двигатели, у которых этот самый контакт является скользящим и находится в режиме постоянного транзита электротока? Износ сумасшедший, расход материала на контакты никого не интересует, по той причине, что это наиболее рациональное решение для определенных технологических процессов.

Вот то, что каждый тип электрической машины применяется в соответствии со своими техническими параметрами – это однозначно верно. Асинхронные машины действительно самые дешевые и простые в работе, за счет чего получили такое широкое распространение. Но никто и не говорит, что они должны вытеснить все остальные виды агрегатов.

Преобразователь частоты для однофазного двигателя

Однофазные двигатели – тип электрических машин переменного тока. Принцип их действия тот же, что у трехфазных электродвигателей, отличие в том, что питание обмотки от 1 фазы создает пульсирующее магнитное поле. Для пуска однофазных электрических машин требуется дополнительный фазосдвигающий элемент.

Мощность и момент таких двигателей ниже трехфазных аналогов с такими же массо-габаритными характеристиками, сфера применения однфазных приводов:

• Насосные установки небольшой производительности.
• Стиральные машины и другая бытовая техника.
• Электроинструменты и станки.
• Маломощные вентиляторы и компрессоры.
• Другое бытовое и профессиональное оборудование.

В сравнении с трехфазными, однофазные двигатели имеют меньший КПД, сильнее нагреваются и шумят при работе, их применяют при отсутствии 3-фазной сети или в условиях, где нецелесообразно использование трехфазных электрических машин.

Виды однофазных двигателей

Двигатели на 1 фазу различают по способу старта: с конденсаторным пуском и работой через обмотку (CSIR), со стартом через пусковой емкостной элемент и работой через конденсатор (CSCR). Существуют еще 2 вида однофазных электродвигателей: с реостатным пуском (RSIR) и с постоянным разделением емкости (PSC).

Схема двигателей с пусковым конденсатором и 2 обмотками выглядит таким образом:

Емкостной элемент последовательно подключен к пусковой обмотке и вызывает сдвиг фаз между ней и главной обмоткой. Это обеспечивает появление вращающегося магнитного поля и старт двигателя. После разгона конденсатор отключают.

Пусковой момент электродвигателей с конденсаторным пуском и работой через обмотку (CSIR) составляет до 250% от номинального, такие электрические машины допускают старт под нагрузкой и применяют в компрессорах холодильников, в приводе конвейеров.

Двигатели с пусковой и рабочей емкостью (CSCR ) также имеют значительный момент при старте. Благодаря постоянно включенному рабочему конденсатору, обеспечивается постоянный сдвиг фаз между обмотками. За счет этого существенно уменьшается нагрев при длительной работе. Область CSCR двигателей – бытовые насосы, оборудование, рассчитанное на длительный режим работы и высокую нагрузку.

Двигатели RSIR запускаются через пусковую обмотку с большим сопротивлением, обеспечивающую некоторый сдвиг фаз. После разгона коммутирующее устройство отключает ее. Электродвигатели с разделенными обмотками дешевле конденсаторных, однако высокий пусковой ток, небольшой стартовый момент, значительный нагрев ограничивает их применение. Двигатели используют в приводе оборудования, рассчитанного на непродолжительную работу и пуск без нагрузки.

Двигатели с постоянно работающим конденсатором (PSC) приспособлены к длительной работе. Такие электрические машины обладают самым высоким коэффициентом мощности КПД среди однофазных двигателей. Пусковые токи также не велики. К недостаткам двигателей PSC относится небольшой пусковой момент. Область их применения – приводы оборудования с низкоинерционной нагрузкой.

Управление скоростью однофазных двигателей

Существуют несколько способов управления однофазными двигателями. Наибольшее распространение получили методы изменения скорости величиной и частотой напряжения. Регулирование напряжением имеет свои недостатки:

• Избыточный нагрев обмоток из-за повышения скольжения.
• Потеря жесткости механических характеристик на низких скоростях.

Изменение частоты вращения вала возможно в отношении 2:1 к номинальной скорости в сторону снижения. Несмотря на это, регулирование напряжения часто применяют для маломощных электрических машин бытовых приводов.

Самая простая схема – автотрансформаторная. Такой способ позволяет реализовать 2-5 ступенчатое управление скоростью однофазного электропривода.

Автотрансформатор Т1 имеет несколько выводов, соответствующих значению напряжения для каждой скорости двигателя М1. Переключение осуществляется коммутационным аппаратом SW1. К преимуществам схемы относятся возможность выдерживать перегрузки по току и отсутствие искажения формы питающего напряжения. К недостаткам относятся значительные габариты и масса автотрансформатора, а также другие минусы управления напряжением.

Схемы на базе электронных регуляторов напряжения также широко применяют в однофазных приводах небольшой мощности.

Управление осуществляется формированием необходимой величины напряжения путем регулирования момента открытия и закрытия тиристоров. В результате получается напряжение «резанной» формы. Это вызывает дополнительный нагрев, треск, рывки и повышенный шум, увеличение уровня электромагнитных помех. Управление электронными регуляторами напряжения не подходит при длительной работе на низкой скорости, при высоких требованиях ЭМС.

Для частотного управления применяют преобразователи частоты или ПЧ. Для изменения скорости однофазного электродвигателя применяют 2 схемы: одно- или трехфазный ШИМ-инвертор. Первая работает следующим образом: переменное напряжение преобразуется в постоянное, фильтруется на конденсаторе.

Далее преобразуется обратно в переменное на транзисторном инвертере. Широта и скорость отпирающих и запирающих полупроводниковые элементы импульсов подобрана таким образом, чтобы на выходе силовой схемы получалось напряжение заданной частоты.

Частотная регулировка скорости может осуществляется вверх и вниз от номинальной. При этом форма напряжения на выходе инвертора близка и синусоидальной.

К недостаткам однофазного частотного управления относится относительно высокая стоимость преобразователя, невозможность реверсирования без внешней аппаратуры.

Для изменения скорости двигателя в широком диапазоне, применяют специализированные преобразователи частоты на базе 3-фазного ШИМ-инвертора.

Принцип работы устройства аналогичен однофазному аналогу. Схема позволяет осуществлять изменения скорости вращения двигателя в любую сторону в значительном диапазоне и реверсировать двигатель изменением порядка коммутаций транзисторов.

При этом не нужно применять дополнительные электроаппараты.

Рассмотрим подробнее особенности преобразователей частоты для однофазных двигателей, преимущества и недостатки устройств.

Особенности и преимущества частотного управления однофазными двигателями

Частотное управление однофазными электродвигателями лишено недостатков регулирования величиной напряжение. Преобразователи частоты позволяют:

• Изменять скорость выше и ниже от номинальной.
• Осуществлять плавную регулировку.
• Избежать потери жесткости механических характеристик.
• Существенно увеличить диапазон регулирования.

Еще одно достоинство частотных преобразователей для однофазных двигателей на базе схемы двойного преобразования с ШИМ-инвертором – сохранение синусоидальной формы питающего напряжения. Двигатель не испытывает негативного влияния постоянной составляющей, вызывающий нагрев и шум, уровень электромагнитных помех также существенно ниже, чем при использовании электронных регуляторов напряжения.

Современный преобразователь частоты может не только регулировать скорость вращения и момент. Оборудование:

• Выполняет функции автоматического регулирования по ПИ или ПИД закону. Преобразователи частоты содержат контроллер или процессор, который позволяет обрабатывать сигналы обратной связи от датчиков и реализовать управление по заданным алгоритмам.
• Заменяют схемы защиты электродвигателя. Преобразователи частоты отключают двигатель при перегрузках, коротких замыканиях, снижении или увеличении напряжения до недопустимых значений. Возможно также отключение привода по сигналу датчиков технологических параметров.
• Позволяют снизить нагрев и шум при работе однофазного двигателя, улучшить характеристики и облегчить пуск. Частотное управление позволяет частично сгладить недостатки работы электрических машин при пульсирующем магнитом поле, уменьшить ток при пуске, обеспечить необходимый момент на валу и избежать перегрева при длительной работе.

Применение преобразователей частоты позволяет значительно снизить потребляемую мощность при недозагрузке двигателей. В вентиляционных системах экономия может составлять до 70%.

Как выбрать однофазный преобразователь частоты

Преобразователь частоты выбирают при проектировании привода. В случае с однофазным двигателем, прежде всего, необходимо убедиться, что он совместим с оборудованием. Большинство частотных преобразователей на 220 В выполнены по схеме 3-фазного ШИМ-инвертора, такие устройства могут осуществлять управление конденсаторным двигателем по скалярному алгоритму. В таких случаях для улучшения электромагнитной совместимости требуется установка моторного дросселя. При подключении таких преобразователей к двигателям с разделенными обмотками с разным сопротивлением будет срабатывать защита от асимметрии фаз. В таких случаях необходим частотник на базе 1-фазного инвертора. Для изменения направления вращения таких приводов перед преобразователем устанавливают реверсивный магнитный пускатель.

Перед выбором нужно ознакомиться с документами на двигатель, чтобы определить, подходит ли он для подключения к ПЧ без внесений изменений в конструкцию.

Далее подбирают номинальный ток или мощность. Производители рекомендует делать выбор с запасом 20% для преобразователей частоты. При пуске под нагрузкой или высоком пусковом токе требуется выбрать мощность ПЧ на 1 или 2 ступени больше.

Затем выбирают интервал регулирования скорости или момента. Диапазон частот выходного напряжения и величины тока должен отвечать назначению электропривода.

Для однофазных двигателей исполнительных механизмов, другого оборудования, работающего в составе систем автоматизации и контроля, требующего наличия специальных функций нужно предусмотреть наличие нужных опций преобразователей.

Стандартные возможности ПЧ:

• Настройка времени разгона и торможения для электроприводов различного назначения.
• Конфигурируемые унифицированные аналоговые/импульсные/релейные входы и выходы для связи с датчиками или другим оборудованием.
• Функции PLC, ПИ-, ПИД-регулятора для автоматического управления по заданным законам или в соответствии с записанной программой.
• Поддержка протоколов цифровой связи для отправки и приема данных о рабочих параметрах, неисправностях, другой информации, дистанционного изменения настроек с удаленной панели оператора, ПК или другого устройства верхнего уровня.
• Функции защиты от перегрузок, пониженного или повышенного напряжения, других аномальных режимов и аварий.

Далее подбирают характеристики ПЧ в соответствии с условиями эксплуатации и ЭМС. Степень защиты корпуса от пыли и влаги должны отвечать окружающей среде. При этом также учитывают наличие встроенного вентилятора для принудительного охлаждения. Искажение тока и напряжение привода должны отвечать требованиям к электромагнитной совместимости. При необходимости нужно использовать входные и выходные фильтры гармоник и радиопомех.

Применение преобразователей частоты для однофазных двигателей не менее эффективно чем для трехфазных. Частотники позволяют намного расширяют технические возможности электропривода, экономят электроэнергию, снижают вероятность аварий.

Частотный преобразователь для насоса водоснабжения

Приводами насосных агрегатов служат асинхронные или синхронные электрические двигатели. Главный недостаток электрических машин переменного тока – затруднение регулировки частоты вращения ротора и высокие пусковые токи. От скорости вращения зависят основные характеристики насоса – производительность и напор.

Для регулировки рабочих параметров насосных агрегатов применяются:

• Задвижки, заслонки и вентили. Запорная арматура позволят изменять давление в сети, подачу жидкости.
• Каскадное включение и отключение. При этом несколько насосов подключают к сети параллельно, регулировка характеристик достигается изменением количества одновременно работающих агрегатов.
• Применение двигателей с фазным ротором. При этом рабочие параметры насоса регулируют путем изменения напряжения на обмотках.

Такие способы имеют ряд серьезных недостатков. При применении задвижек существенно увеличивается гидравлическое сопротивление сети и потери напора и давления, также возрастает вероятность гидравлических ударов.

Каскадная работа требует установки резервных насосов, при этом невозможно регулировать напор и расход в диапазоне производительности одного агрегата, а также плавно изменять напор и расход. Такой способ оправдан только в крупных сетях водоподачи теплоснабжения, а также в автономных системах с большим перепадом расхода.

Установка электродвигателя с фазным ротором позволяет изменять скорость вращения рабочего колеса. Это наиболее перспективой способ регулирования рабочих характеристик, однако, двигатели такого типа позволяют изменять скорость вращения в небольшом диапазоне. Кроме того, стоимость таких электрических машин существенно выше двигателей с короткозамкнутым ротором.

Для плавной регулировки производительности насосных агрегатов применяют преобразователи частоты. Принцип действия устройств основан на зависимости скорости вращения ротора от частоты тока и напряжения на обмотках электрической машины.

Регулирование напора и расхода насоса путем изменения частоты на обмотках статора лишен недостатков каскадного регулирования, изменения параметров путем регулировки пропускной способности труб запорно-регулирующей арматурой.

Преобразователи частоты могут применяться в цепях асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронных машин с обмотками и постоянными магнитами.

Принцип работы электропривода насосов с регулировкой производительности по давлению.

Самый распространенный способ регулирования подачи воды в небольших автономных водопроводных системах – изменение производительности по давлению. Насосные станции для таких систем состоят из одного или нескольких насосов с частотно-регулируемым приводом, датчика давления, напорного бака, устройства управления.

При нулевом потреблении воды в системе поддерживается постоянное давление. При открытии крана, давление в трубах падает. Датчик вырабатывает сигнал, который поступает на преобразователь частоты. Устройство плавно разгоняет двигатель насоса, увеличивая производительность агрегата, при этом давление в системе поддерживается на заданном уровне. Подача насосного агрегата изменяется пропорционально расходу.

На насосных станциях с несколькими насосами при дальнейшем увеличении производительности преобразователь частоты включает резервные агрегаты. При снижении расхода, устройство плавно снижает производительность.

В приводе циркуляционных насосов автономных систем отопления применяется частотно-регулируемая схема с изменением подачи теплоносителя по температуре и давлению. В схему добавлен датчик температуры, регулировка производительности осуществляется по 2 характеристикам.

Преимущества частотно-регулируемого привода насосов.

Устройства изменения частоты применяют как для привода насосов небольших автономных водопроводных и отопительных систем, так и для централизованных сетей отопления, горячего и холодного водоснабжения. Преобразователи частоты устанавливают также в электроприводах агрегатов подачи технологических жидкостей, высокоточных дозаторов, систем автоматического тушения пожаров и охлаждения.

Частотные преобразователи позволяют:

• Осуществлять плавный пуск. При запуске насоса на полную мощность резко увеличивается давление, что может привести к гидроударам. Кроме того, при старте на полном напряжении ток увеличивается в 3-5 раз и более. Преобразователи частоты снижают пусковые токи, а также снижают вероятность гидравлических ударов.
• Снизить потребление электроэнергии. При работе насосов на полузакрытые задвижки существенно снижается к.п.д. агрегатов. Преобразователи частоты позволяют регулировать подачу в зависимости от потребления путем изменения производительности. Это позволяет снизить потребляемую мощность на 20-70%.
• Осуществлять автоматическое управление. Современный преобразователь частоты – многофункциональное устройство. Оборудование позволяет регулировать расход и напор по нескольким характеристикам. Устройство также защищает двигатель и насос от перегрузок, перепадов напряжения, обрыва фаз, «сухого хода», заклинивания вала, других аварий и ненормальных режимов работы.
• Обеспечивать связь с удаленными пунктами управления. Промышленные преобразователи частоты, которые используют для насосных станций городского или сельского водоснабжения, централизованных сетях теплоснабжения, поддерживают базовые протоколы связи. Такие приводы встраиваются в сложные системы автоматизации.

При помощи специализированных устройств можно осуществлять групповое управление насосами на станциях, подключать и отключать резервные агрегаты, задавать алгоритмы управления.

Как выбрать преобразователи частоты.

Производители силовой электроники выпускают общепромышленные специализированные преобразователи частоты. Модельные линейки устройств специального назначения включают серии для насосных агрегатов и станций.

Частотные преобразователи такого типа имеют ряд специальных функций. Такие устройства не требуют сложной настройки, программное обеспечение, ПИД или ПИ регуляторы, опции регулирования уже содержит заводской комплект.

Для управления насосом или группой агрегатов можно приспособить общепромышленный преобразователь, однако программирование и настройка таких устройств занимает много времени, а также требует установки специального ПО. Лучше приобрести частотник специального назначения.

Примерный набор специальных функций преобразователей частоты для насосов:

• Групповое управление несколькими агрегатами.
• Режим сброса осевших загрязнений.
• Подавление механического резонанса.
• Предпусковая сушка электродвигателя.
• Защита от «сухого хода», заклинивания вала.
• Режим заполнения трубопровода.
• Пожарный режим (для устройств насосов установок или систем автоматического тушения огня).
• Специальные алгоритмы автоматического регулирования работы насосных агрегатов.

Функции оборудования зависят от модели и назначения устройства. Производители преобразователей выпускают линейки однофазных преобразователей для насосов бытового назначения с простейшим функциональным набором, серии для мощных полностью автоматизированных насосных станций.

Ряд производителей насосов, например, Wilo, Grundfos, POMPE ZANNI и другие поставляют агрегаты с приводом, куда уже встроен преобразователь частоты. Такие устройства не требуют сложной наладки. После простой адаптации к системе, оборудование полностью готово к работе.

Для модернизации электроприводов и при замене двигателей, а также при построении системы автоматизации и управления крупными насосами или станциями, преобразователь частоты подбирают по параметрам.

Устройства для частотно-регулируемого привода выбирают:

По электрическим характеристикам. Номинальное напряжение, ток, количество фаз электродвигателя должны соответствовать аналогичным параметрам устройства частотного регулирования. Мощность преобразователя лучше выбирать с запасом 10-20%. Пуск двигателей насосных агрегатов проходит в легких или средних режимах, большой запас мощности и высокая перегрузочная способность частотного преобразователя в этом случае не нужны.

По типу электродвигателя. В качестве привода насосов применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные двигатели с пусковыми обмотками и постоянными магнитами. Преобразователь должен быть адаптирован для работы с конкретным типом электрической машины.

По диапазону частот. Для циркуляционных низкоскоростных насосов достаточно преобразователя с интервалом регулирования частоты выходного напряжения от 200 до 400 Гц, для глубинных и скважных насосов с высоким напором нужно устройство от 200-800 Гц. Производитель преобразователей обычно указывает диапазон регулировки в об/мин. Это значительно упрощает выбор.

По количеству входов и выходов для датчиков и удаленных устройств управления, поддерживаемым протоколам связи. При выборе частников для проводов, встраиваемых в системы автоматизации, нужно учитывать количество аналоговых, цифровых и релейных выходов и входов для подключения датчиков, ПК пунктов управления и контроля, панелей операторов. Количество управляющих входов и выходов должно превышать число подключаемого оборудования. Это позволит не покупать новый преобразователь при реконструкции или модернизации системы АСУТП. Преобразователь также должен поддерживать протоколы связи, применяемые в автоматизированной системе. Ведущие производители силовой электроники выпускают серии частотных преобразователей с возможностью установки карт поддержки различных протоколов обмена данными.

По классу защиты от пыли и влаги. Исполнение корпуса частотного преобразователя IP должно соответствовать условиям эксплуатации. Устройства IP20-40 размещают в сухих незапыленных помещениях или электротехнических шкафах управления. Преобразователи в корпусе IP54 и IP65 можно устанавливать в местах с высокой влажностью, запыленных помещениях. Допускается размещать устройства рядом с насосом.

Как подключать частотный преобразователь к насосу.

Подключение частотного преобразователя к двигателю насосов осуществляется в соответствии с требованиями производителя и правилами устройства электроустановок ПУЭ:

• Перед преобразователем устанавливают автоматические выключатели или контакторы и предохранители. Коммутационные и защитные аппараты необходимы для долговременного отключения электропривода и аварийного отключения при коротких замыканиях. Электроаппараты выбирают по типовой методике.
• Сечение жил кабелей силовой цепи должно соответствовать потребляемому току. Марка кабеля и диаметр жил указывают в инструкции по монтажу. Входные и выходные силовые цепи, контрольные кабели управления прокладывают раздельно.
• Заземляют преобразователь отдельным проводом сечением не меньше диаметра жил питающего кабеля. Заземление присоединяют к общему контуру напрямую. Применять для заземления нулевой проводник запрещается.
• Для подключения датчиков и удаленного оборудования управления и контроля нужно использовать экранированные кабели. При длине линии больше 50 м в разрыв цепи устанавливают фильтры электромагнитных помех.
• Перед подключением обмотки двигателей соединяют в звезду или треугольник, исходя из номинального значения напряжения частотника. Двухскоростные электродвигатели с фазным ротором включают на одну скорость.

Все соединения выполняют в соответствии с требованиями безопасности и электромагнитной совместимости. При необходимости во входную и выходную цепь преобразователей включают фильтры гармоник. Соответствие подключений схеме и качество контактных соединений проверяют до наладки преобразователя.

Настройка преобразователей для насоса.

Перед наладкой и первым пуском насосных агрегатов еще раз проверяют подключения. Далее отключают подачу напряжения на двигатель и подают напряжение на частотный преобразователь. При этом должны заработать вентиляторы, засветиться дисплей, а на экране должно отобразиться сообщение “OFF”.

Затем переводят преобразователь в режим настройки, вводят характеристики двигателей, диапазоны скоростей, время разгона и остановки, другие характеристики. Устройства с автоматическим определением параметров двигателей переводят в режим адаптации.

После ввода и сохранения рабочих параметров настраивают специальные функции и задают режимы регулирования.

Далее подают напряжение в выходную цепь, проверяют направление вращения вала, работу двигателя во всех диапазонах.

Промышленные преобразователи в автоматизированных системах настраивают совместно с оборудованием управления и контроля. После внесения корректировок и окончательной настройки и полной адаптации привода насосный агрегат вводят в эксплуатацию.

Установка преобразователей частоты в приводы насосов эффективна практически во всех случаях. Устройства обеспечивают увеличение энергоэффективности (до IE 5 по стандарту IEC 60034-30 2008 в приводах с синхронными двигателями на постоянных магнитах), существенно снижают износ трубопровода и другого оборудования.

Частотное регулирование насосов.

Использование преобразователей частоты (сокращенно ПЧ) в насосной технике получает все большее распространение в виду значительных возможностей в снижении энергопотребления.

В данной статье мы рассмотрим суть частотного регулирования применительно к центробежным насосам, сравним характеристики регулируемых и нерегулируемых насосов и разберемся за счет чего можно сократить энергопотребление.

Экономия энергоресурсов может достигать от 10% до 40%.

Встроенные и внешние преобразователи частоты.

Преобразователь частоты может быть:

Рис.1 Насос со встроенным в двигатель преобразователем частоты.

Рис.2 Насос со стандартным двигателем.

Применение ПЧ возможно как для поверхностных насосов, так и для погружных.

Внешние ПЧ имеют одно очень значимое преимущество — в случае их выхода из строя насос продолжает функционировать, в то время как со встроенным в двигатель ПЧ насос становится неработоспособным.

Возможности частотно регулируемого насоса:

• Работа на постоянной характеристике (частичной).
• Работа для поддержания постоянного давления или перепада давления (требуется датчик давления, датчик перепада давления).
• Работа для поддержания постоянного расхода (требуется электронный расходомер).
• Работа для поддержания постоянной температуры или перепада температур (требуется датчик температуры, датчик перепада температур).

Например, в системах водоснабжения наибольшее распространение имеет схема работы с поддержанием постоянного давления. Преобразователь регулирует частоту вращения насоса с таким расчетом, чтобы при изменении расхода воды давление в сети оставалось неизменным.

Снижение потребления электроэнергии с использованием преобразователя частоты.

Большинство инженерных систем в жилых зданиях и производственных объектах являются системами с переменным расходом (тепло и водоснабжение, кондиционирование), где разница между пиковой и фактической нагрузкой может быть значительной. Разница эта обусловлена неравномерностью расхода с течением времени (рабочей смены, суток, сезонов года и т.п.). Причем чем больше эта разница, тем больше энергии насосам удастся сэкономить.

Для многих стандартных объектов с переменным расходом (школы, гостиницы, жилые дома и т.п.) построены суточные графики водопотребления, где можно увидеть, что при максимальной нагрузке насосы работают не более 10-15% всего времени. Простой пример — многоэтажный дом. Утром и вечером расход максимальный, днем средний, ночью минимальный. Все понятно без дополнительных разъяснений. Вот здесь и скрыт основной резерв экономии.

Энергопотребление насоса зависит от фактического расхода жидкости, который большую часть времени ниже расчетного максимального значения. Это вызвано тем, что насосы подбираются исходя из максимальных требований системы по расходу и напору, однако, как уже говорилось, такой режим наблюдается незначительную часть времени.

Получается, что большую часть времени избыточная мощность насоса просто не нужна.

Для того, чтобы точно уяснить почему при снижении скорости вращения падает мощность, давайте обратимся к характеристикам насоса.

Характеристики насосов, оснащенных преобразователем частоты:

Нерегулируемые	Регулируемые
Электродвигатель насоса вращается с постоянной скоростью	Регулирование частоты вращения с помощью преобразователя частоты

Нерегулируемые центробежные насосы имеют только одну кривую гидравлической характеристики, соответствующую номинальной частоте вращения вала двигателя. Расход и напор насоса изменяются в точном соответствии с этой кривой (см. рис.3).

Преобразователь частоты позволяет с одним насосом получить множество различных кривых. Таким образом, насос может работать в любой точке выделенной синим цветом зоны (см. рис.4). Частота вращения указана в процентах (%) от номинальной. Для наглядности на рис.4 характеристики представлены с шагом в 10% (соответствует 5 Гц), однако современные ПЧ могут обеспечить точность регулировки до 0,01 Гц.

Рис.3 Гидравлическая характеристика нерегулируемого “стандартного” насоса.

Рис.4 Гидравлические характеристики регулируемого насоса.

Мощность насоса прямо пропорциональна расходу жидкости и развиваемому напору. При падении этих характеристик падает и мощность. Это можно понять даже без формул, которые мы намеренно не стали здесь приводить.

Рис.5 Характеристика мощности нерегулируемого “стандартного” насоса.

Рис.6 Характеристики мощности регулируемого насоса.

При переходе на более низкую частоту вращения мы автоматически переходим на новую кривую мощности с более низкими абсолютными значениями, что наглядно демонстрируется на рис.6. Вот таким образом и уменьшается потребляемая мощность насоса.

Частотное регулирование промышленных и бытовых насосов.

Наибольшие резервы в энергосбережении находятся, как можно догадаться, в промышленности. Инженерные системы городов, поселков и промышленных предприятий в России это тот сегмент, где все резервы экономии не то что не исчерпаны, а еще только осмысляются. Хотя уже сейчас происходят активные процессы модернизации насосного оборудования, как путем замены на новые модели с более высоким КПД, так и путем применения частотного регулирования.

Применение ПЧ в промышленности обусловлено реальной экономической целесообразностью, а вот есть ли смысл использовать преобразователь частоты у себя дома или на даче? Ответы на эти вопросы здесь.

• Каталог товаров
• Производители
• Насосы
• Принадлежности к насосам
• Мембранные баки

• Запрос на подбор насоса
• Возврат и обмен товара
• Статьи
• Сервисные центры производителей

• О компании
• Доставка и оплата
• Статус заказа
• Контакты

Политика конфиденциальности

Интернет-магазин «Водомастер.ру» ценит доверие своих клиентов и заботится о сохранении их личных (персональных) данных в тайне от мошенников и третьих лиц. Политика конфиденциальности разработана для того, чтобы личная информация, предоставленная пользователями, были защищены от доступа третьих лиц.

Основная цель сбора личных (персональных) данных – обеспечение надлежащей защиты информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных от несанкционированного доступа и разглашения третьим лицам, улучшение качества обслуживания и эффективности взаимодействия с клиентом.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Сайт – интернет магазин «Водомастер.ру», расположенный в сети Интернет по адресу: vodomaster.ru

Пользователь – физическое или юридическое лицо, разместившее свою персональную информацию посредством любой Формы обратной связи на сайте с последующей целью передачи данных Администрации Сайта.

Форма обратной связи – специальная форма, где Пользователь размещает свою персональную информацию с целью передачи данных Администрации Сайта.

Аккаунт пользователя (Аккаунт) – учетная запись Пользователя позволяющая идентифицировать (авторизовать) Пользователя посредством уникального логина и пароля. Логин и пароль для доступа к Аккаунту определяются Пользователем самостоятельно при регистрации.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Настоящая Политика в отношении обработки персональных данных (далее – «Политика») подготовлена в соответствии с п. 2 ч .1 ст. 18.1 Федерального закона Российской Федерации «О персональных данных» №152-ФЗ от 27 июля 2006 года (далее – «Закон») и описывает методы использования и хранения интернет-магазином «Водомастер.ру» конфиденциальной информации пользователей, посещающих сайт vodomaster.ru.

2.2. Предоставляя интернет-магазину «Водомастер.ру» информацию частного характера через Сайт, Пользователь свободно, своей волей дает согласие на передачу, использование и раскрытие его персональных данных согласно условиям настоящей Политики конфиденциальности.

2.3. Настоящая Политика конфиденциальности применяется только в отношении информации частного характера, полученной через Сайт. Информация частного характера – это информация, позволяющая при ее использовании отдельно или в комбинации с другой доступной интернет-магазину информацией идентифицировать персональные данные клиента.

2.4. На сайте vodomaster.ru могут иметься ссылки, позволяющие перейти на другие сайты. Интернет-магазин не несет ответственности за сведения, публикуемые на этих сайтах, и предоставляет ссылки на них только в целях обеспечения удобства пользователей. При этом действие настоящей Политики не распространяется на иные сайты. Пользователям, переходящим по ссылкам на другие сайты, рекомендуется ознакомиться с политикой конфиденциальности, размещенной на таких сайтах.

3. УСЛОВИЯ, ЦЕЛИ СБОРА И ОБРАБОТКИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

3.1. Персональные данные Пользователя такие как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, адрес доставки, skype и др., передаются Пользователем Администрации Сайта с согласия Пользователя.

3.2. Передача персональных данных Пользователем через любую размещенную на сайте Форму обратной связи, в том числе через корзину заказов, означает согласие Пользователя на передачу его персональных данных.

3.3. Предоставляя свои персональные данные, Пользователь соглашается на их обработку (вплоть до отзыва Пользователем своего согласия на обработку его персональных данных), в целях исполнения интернет-магазином своих обязательств перед клиентом, продажи товаров и предоставления услуг, предоставления справочной информации, а также в целях продвижения товаров, работ и услуг, а также соглашается на получение сообщений рекламно-информационного характера и сервисных сообщений.

3.4. Основными целями сбора информации о Пользователе являются принятие, обработка и доставка заказа, осуществление обратной связи с клиентом, предоставление технической поддержки продаж, оповещение об изменениях в работе Сайта, предоставление, с согласия клиента, предложений и информации об акциях, поступлениях новинок, рекламных рассылок; регистрация Пользователя на Сайте (создание Аккаунта).

3.5. Регистрация Пользователя на сайте vodomaster.ru не является обязательной и осуществляется Пользователем на добровольной основе.

3.6. Интернет-магазин не несет ответственности за сведения, предоставленные Клиентом на Сайте в общедоступной форме.

4. ОБРАБОТКА, ХРАНЕНИЕ И ЗАЩИТА ПЕРСОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ САЙТА

4.1. Администрация Сайта осуществляет обработку информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных, таких как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, skype и др., а также дополнительной информации о Пользователе, предоставляемой им по своему желанию: организация, город, должность, и др.

4.2. Интернет-магазин вправе использовать технологию “cookies”. “Cookies” не содержат конфиденциальную информацию и не передаются третьим лицам.

4.3. Интернет-магазин получает информацию об ip-адресе Пользователя сайта vodomaster.ru и сведения о том, по ссылке с какого интернет-сайта он пришел. Данная информация не используется для установления личности Пользователя.

4.4. При обработке персональных данных пользователей интернет-магазин придерживается следующих принципов:

• Обработка информации осуществляется на законной и справедливой основе;
• Информация не раскрываются третьим лицам и не распространяются без согласия субъекта Данных, за исключением случаев, требующих раскрытия информации по запросу уполномоченных государственных органов, судопроизводства;
• Определение конкретных законных целей до начала обработки (в т.ч. сбора) информации;
• Ведется сбор только той информации, которая является необходимой и достаточной для заявленной цели обработки;
• Обработка информации ограничивается достижением конкретных, заранее определенных и законных целей;

4.5. Персональная информация о Пользователе хранятся на электронном носителе сайта бессрочно.

4.6. Персональная информация о Пользователе уничтожается при желании самого Пользователя на основании его официального обращения, либо по инициативе администратора Сайта без объяснения причин, путём удаления информации, размещённой Пользователем.

4.7. Обращение об удалении личной информации, направляемое Пользователем, должно содержать следующую информацию:

для физического лица:

• номер основного документа, удостоверяющего личность Пользователя или его представителя;
• сведения о дате выдачи указанного документа и выдавшем его органе;
• дату регистрации через Форму обратной связи;
• текст обращения в свободной форме;
• подпись Пользователя или его представителя.

для юридического лица:

• запрос в свободной форме на фирменном бланке;
• дата регистрации через Форму обратной связи;
• запрос должен быть подписан уполномоченным лицом с приложением документов, подтверждающих полномочия лица.

4.8. Интернет-магазин обязуется рассмотреть и направить ответ на поступившее обращение Пользователя в течение 30 дней с момента поступления обращения.

4.9. Интернет-магазин реализует мероприятия по защите личных (персональных) данных Пользователей в следующих направлениях:

• предотвращение утечки информации, содержащей личные (персональные) данные, по техническим каналам связи и иными способами;
• предотвращение несанкционированного доступа к информации, содержащей личные (персональные) данные, специальных воздействий на такую информацию (носителей информации) в целях ее добывания, уничтожения, искажения и блокирования доступа к ней;
• защита от вредоносных программ;
• обнаружение вторжений и компьютерных атак.

5. ПЕРЕДАЧА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ

5.1. Интернет-магазин «Водомастер.ру» не сообщает третьим лицам личную (персональную) информацию о Пользователях Сайта, кроме случаев, предписанных Федеральным законом от 27.07.2006 г. № 152-ФЗ «О персональных данных», или когда клиент добровольно соглашается на передачу информации.

5.2. Условия, при которых интернет-магазин «Водомастер.ру» может предоставить информацию частного характера из своих баз данных сторонним третьим лицам:

• в целях удовлетворения требований, запросов или распоряжения суда;
• в целях сотрудничества с правоохранительными, следственными или другими государственными органами. При этом интернет-магазин оставляет за собой право сообщать в государственные органы о любой противоправной деятельности без уведомления Пользователя об этом;
• в целях предотвращения или расследования предполагаемого правонарушения, например, мошенничества или кражи идентификационных данных;

5.3. Интернет-магазин имеет право использовать другие компании и частных лиц для выполнения определенных видов работ, например: доставка посылок, почты и сообщений по электронной почте, удаление дублированной информации из списков клиентов, анализ данных, предоставление маркетинговых услуг, обработка платежей по кредитным картам. Эти юридические/физические лица имеют доступ к личной информации пользователей, только когда это необходимо для выполнения их функций. Данная информация не может быть использована ими в других целях.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ БАНКОВСКИХ КАРТ

6.1 При оплате заказов в интернет-магазине «Водомастер.ру» с помощью кредитных карт все операции с ними проходят на стороне банков в специальных защищенных режимах. Никакая конфиденциальная информация о банковских картах, кроме уведомления о произведенном платеже, в интернет-магазин не передается и передана быть не может.

7. ВНЕСЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ И ДОПОЛНЕНИЙ

7.1. Все изменения положений или условий политики использования личной информации будут отражены в этом документе. Интернет-магазин «Водомастер.ру» оставляет за собой право вносить изменения в те или иные разделы данного документа в любое время без предварительного уведомления, разместив обновленную версию настоящей Политики конфиденциальности на Сайте.

Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Оптимизация процессов и сокращение издержек важны на любом уровне — от крупного предприятия до частного индивидуального хозяйства. Существенно повысить эффективность помогает модернизация насосного оборудования. Включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы и заметно экономит денежные средства на обслуживание и ремонт.

Что такое преобразователь частоты, зачем он нужен

Частотный преобразователь (ПЧ, преобразователь частоты, частотник, частотный регулятор) — современное высокотехнологичное устройство с микропроцессорным управлением, множеством функций и гибкими настройками.

Частотники созданы для качественного контроля скорости и/или момента электродвигателей переменного тока любого назначения, методом согласованного изменения выходной частоты и напряжения. Современные модели способны преобразовывать 50 Гц входящей электросети в необходимые значения. Встроенный инвертор формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках контролируемого электродвигателя. Благодаря этому можно плавно запускать и останавливать двигатель, поддерживать его обороты в нужном диапазоне и оперативно изменять их до нужных значений.

В насосных системах функцию привода выполняет электродвигатель. Поэтому для управления насосом частотник подходит наиболее оптимально. Практически любой электронасос можно дооснастить преобразователем.

Разновидностей ПЧ существует множество. Для управления однофазными и трехфазными электронасосами используют универсальные общепромышленные (например, «Веспер» из линейки EI-7011), которые управляют любыми электродвигателями в широком диапазоне мощностей.

Но выгоднее купить для насосов специализированный частотный преобразователь (например, «Веспер» E5-Р7500. Такие модели ПЧ настроены на выполнение конкретного круга задач, заранее оснащены всем необходимым — переплачивать за лишний функционал не нужно.

Помимо опций и функционала, преобразователь частоты для насоса должен соответствовать мощностным характеристикам управляемого привода. Производители насосов в техническом паспорте указывают, какой преобразователь подойдет к данной модели оборудования. Если таких рекомендаций нет, за помощью по подбору можно обратиться к специалистам компании «Веспер».

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по принципу дросселирования. Электродвигатель в этой схеме постоянно работает на максимальных оборотах, а давление в системе регулируется запорной арматурой, управление в лучшем случае осуществляется с помощью реле или же вручную.

Метод имеет ряд существенных недостатков:

• быстрый износ оборудования;
• высокий расход электроэнергии;
• частые аварийные ситуации;
• низкое качество работы.

Лишь в периоды пикового потребления воды насос работает в режиме максимальной нагрузки. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования не оправдана. Это учитывается в продвинутой классической схеме, за остановку и старт электронасоса отвечает автоматика (реле). Но так как реле не способно регулировать обороты привода, по сигналу происходит резкий старт на максимальные обороты. Это приводит к гидроударам и перегрузкам в электросети, в результате система быстро изнашивается.

Частотные преобразователи «Веспер» для управления насосами оснащены микропроцессорами с обратной связью. С их помощью можно интеллектуально и бережно регулировать работу оборудования в соответствии с текущими потребностями системы.

Алгоритм работы прост. Когда датчики фиксируют, что уровень давления в трубопроводе либо уровень в резервуаре упал ниже минимума, передается сигнал на преобразователь. Тот плавно запускает электромотор насоса, ударные нагрузки на трубопровод и электросеть исключаются. Подходящее время разгона электродвигателя можно выставить самостоятельно.

Датчики в режиме реального времени передают на преобразователь информацию в процессе разгона насоса. После того, как требуемые величины достигаются, ПЧ прекращает разгон и поддерживает частоту оборотов электромотора. Если уровень снова начнет падать или расти, микропроцессор автоматически отрегулирует давление, изменив производительность насоса. Параллельно частотник выполняет функции защиты (отключает оборудование при сильных колебаниях тока в электросети).

Где используются насосные пч, плюсы и минусы применения

Частотники можно использовать с насосными установками самого различного назначения. Особенно важны частотные преобразователи для насосов систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Результат модернизации конечный потребитель ощутит и оценит сразу же. Водонапорная система с ПЧ в составе функционирует полностью в автономном режиме. При этом качество подачи воды остается неизменным в любое время суток.

Масштаб системы не имеет значения. ПЧ способны заметно поднять эффективность промышленных насосных станций и бытовых колодезных и артезианских миниводокачек на один дом.

Преимущества управления насосами с преобразователем частоты:

• экономия электроэнергии (до 30–40%);
• исключена ситуация «сухого хода» (без воды в системе);
• нет температурных скачков при подаче горячей воды;
• стабильная сила напора;
• отсутствует избыточное давление в трубах;
• продлен ресурс электронасоса и трубопровода;
• снижен уровень шума;
• можно упростить систему, убрать из схемы гидроаккумулятор и др. ненужные узлы и агрегаты.

Минусы схемы с ПЧ:

• начальные вложения на покупку прибора;
• необходим специалист для подключения и настройки оборудования.

Эти недостатки быстро компенсируются за счет удешевления обслуживания. В результате сокращаются издержки на поддержание работоспособности и ремонт, стоимость владения в целом уменьшается, а комфорт заметно повышается.