Преобразователь частоты однофазный в трехфазный

Станки, насосы, электроинструменты часто комплектуют трехфазными электродвигателями. При отсутствии трехфазного напряжения, двигатели простого оборудования можно включать в однофазную сеть. Для этого применяют фазосдвигающий элемент, чаще всего конденсатор, который включается в цепь одной или двух обмоток.

При подключении трехфазной машины в однофазную сеть без фазосдвигающего устройства, между статором и ротором возникает пульсирующее магнитное поле, которое не обеспечивает старт. Для того чтобы ротор начал вращается, нужен сдвиг фаз между обмотками не менее 900. Для разности магнитных потоков необходим конденсатор или другой фазосдвигающий элемент. В однофазных двигателях применяют стартовые и вспомогательные обмотки, резистивные элементы, а также различные схемы их подключения.

Так как самостоятельно дорабатывать и изменять схемы трехфазных машин затруднительно, для включения таких двигателей в однофазную сеть чаще всего применяют внешние конденсаторы.

Параметры пускового элемента для соединения обмоток типа «Звезда» определяются по формуле: C=(2800 ×P)/(√3*U²*η*cosϕ), где С – емкость конденсатора, P – номинальная мощность двигателя, U – номинальное напряжение, η – коэффициент полезного действия, cosϕ – коэффициент мощности. При соединении обмоток в «треугольник» используется следующее выражение: C=(4800*P)/(√3*U²*η*cosϕ).

Для снижения недостатков работы трехфазного двигателя при питании однофазным напряжением используется 2 емкостных элемента – пусковой и рабочий. Пусковой конденсатор включается в цепь при пуске и разгоне, при достижении необходимой скорости вращения он отключатся. Такая схема улучшает пусковые характеристики: позволяет обеспечить высокий момент на валу при старте и в процессе разгона, снизить нагрев обмоток при высокой загруженности и длительной работе.

Для расчета емкости пускового элемента применяют формулу Cп=2,5хC, где С – предварительно рассчитанная емкость рабочего конденсатора.

Схема соединения обмоток статора трехфазного двигателя эквивалентна однофазному двигателю с пусковым конденсатором. При этом:

• Потери мощности составляют до 30%. Максимальная мощность трехфазного двигателя на З80 В при включении в сеть 220 составляет 70% от номинального значения.
• Увеличивается шум и нагрев обмоток. За счет увеличения паразитной постоянной составляющей напряжения на обмотках и перекоса фаз возникает избыточный нагрев и вибрации при работе электрической машины.

Такие схемы практически не применяются в промышленном оборудовании. Допускается кратковременная работа электродвигателя при исчезновении напряжения на одной или двух фазах для оборудования, которое используется в непрерывных технологических процессах. В прочих случаях предусмотрена аварийная остановка.

Подключение однофазных преобразователей частоты к трехфазному двигателю

Трехфазные электроприводы несложного оборудования мощностью до 4 кВт допускается включать в однофазную сеть через частотный преобразователь. Это позволяет регулировать скорость вращения вала без редукторов муфт, изменять производительность без задвижек, заслонок и других механических устройств, а также частично устранить недостатки схем пуска через конденсатор.

Для таких электроприводов рекомендовано использовать однофазные преобразователи. Такие устройства имеют емкостный выход, позволяющий отказаться от выносного конденсатора. Рассчитанное значение емкости вводится вручную при настройке преобразователей или автоматически определяется в режиме адаптации частотника к двигателю. Однофазные устройства позволяют рассчитывать оптимальную емкость при тестировании.

Преобразователь для двигателей, включенных в сеть 220 В, подбирают:

• По диапазону регулирования угловой скорости. Частотник должен обеспечивать изменение частоты вращения в заданном интервале.
• По максимальной емкости фазосдвигающего элемента. Преобразователь должен обеспечивать пуск электрической машины с заданным моментом на валу. При выборе устройства нужно рассчитать величину емкости, необходимой для старта и корректной работы двигателя, и сравнить ее с характеристиками преобразователя.
• По мощности. Параметры трехфазного двигателя при однофазном питании сильно отличаются от номинальных и не аналогичны характеристикам однофазных двигателей той же мощности. Для таких приводов выбирают частотный преобразователь с запасом мощности не менее 2 кВт.
• По дополнительным функциям. При выборе также учитывают наличие дисплея для индикации параметров, входов и выходов для датчиков, встроенных фильтров гармоник, функций самодиагностики, записи событий и другое.

Также следует учесть, что работа трехфазной машины в сети 220 В сильно отличается от нормы. Такие схемы подключения машин через частотник не обеспечивают точного управления и регулировки параметров, не позволяют реализовать сложные алгоритмы. Сфера применения таких приводов – станки, где требуется только регулировка скорости, бытовые маломощные насосы для автономных систем водоподачи и полива.

Преобразователи подключают кабелями марки, рекомендованной производителями. Сечение жил также должно быть не меньше рекомендованного. Для выходной цепи применяется трехпроводный кабель.

В разрыв фазного нулевого провода перед преобразователем устанавливают автоматический выключатель для коммутаций и защиты от коротких замыканий. При питании однофазным напряжением возникают гармоники, которые негативно влияют на работу двигателя и качество напряжения в сети. При высоких требованиях к электромагнитной совместимости, устанавливают входные и выходные фильтры.

Все подключения осуществляют согласно требованиям электробезопасности. После проверки правильности и качества подключений, включают частотный преобразователь в тестовой режим, настраивают интервал скоростей и другие параметры. Далее проверяют работу двигателя на разных скоростях.

Преимущества преобразователей частоты

Главное преимущество частотных преобразователей при включении трехфазных машин в бытовую сеть 220 В – возможность изменять скорость вращения ротора без потери момента и жесткости характеристик. Этого вполне достаточно для бытового электрооборудования. Устройства также:

• Обеспечивают защиту от перегрузок, коротких замыканий, перепадов напряжения. Преобразователи заменяют несколько электроаппаратов защиты: реле напряжения, автоматические выключатели, тепловые реле.
• Отображают текущие рабочие характеристики: напряжение в сети и выходной цепи, скорость вращения вала, потребляемый ток. Устройства также обеспечивают отключение электродвигателя при авариях и подачу аварийного сигнала, вывод сообщения с кодом неисправности. Некоторые модели преобразователей сохраняют запись с указанием даты, времени и кода аварии во встроенной памяти или на съемных носителях.
• Позволяют заменить релейные схемы управления. Однофазные преобразователи обеспечивают включение, отключение и изменение скорости вращения вала по сигналам датчиков. Управление трехфазным двигателем в однофазной сети при помощи частотника не уступает в надежности релейным схемам.
• Обеспечивают плавный пуск, снижение шума и энергопотребления. Применение преобразователей позволяет оптимизировать потребление электроэнергии в режиме неполной загрузки, а также осуществлять пуск с высоким моментом на валу. Наличие встроенного фильтра гармоник обеспечивает уменьшение постоянной составляющей, снижение шума двигателя и температуры обмоток статора.

Установка преобразователей частоты эффективна для любых приводов с двигателями переменного тока. При покупке устройства для трехфазных электрических машин нужно обратиться в техническую поддержку. Компании-производители дают бесплатные консультации по выбору силовой электроники для нестандартных электроприводов. Однако, в ряде случаев целесообразно заменить трехфазный двигатель на однофазный аналог или провести трехфазную сеть.