Circuits convertisseurs de fréquence jusqu'à 2,2 kW. Objectif et principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence pour moteurs asynchrones

Contenu:

Les moteurs à induction triphasés ont trouvé le plus application large dans l'industrie et dans d'autres domaines. L'équipement moderne est tout simplement impossible à imaginer sans ces unités. L'un des composants les plus importants du cycle de travail des machines et des mécanismes est leur démarrage en douceur et le même arrêt en douceur une fois la tâche terminée. Ce mode est fourni en utilisant des convertisseurs de fréquence. Ces dispositifs se sont avérés les plus efficaces dans les gros moteurs électriques à forte puissance.

À l'aide de convertisseurs de fréquence, les courants de démarrage sont ajustés avec succès, avec la possibilité de contrôler et de limiter leur amplitude aux valeurs souhaitées. Pour une utilisation correcte de cet équipement, il est nécessaire de connaître le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence pour un moteur asynchrone. Son utilisation permet d'augmenter considérablement la durée de vie des équipements et de réduire les pertes d'énergie. La commande électronique, en plus du démarrage progressif, permet un réglage en douceur de l'entraînement conformément au rapport établi entre la fréquence et la tension.

Qu'est-ce qu'un convertisseur de fréquence

La fonction principale des convertisseurs de fréquence est le réglage en douceur de la vitesse de rotation moteurs à induction. A cet effet, une tension triphasée à fréquence variable est créée en sortie de l'appareil.

Les convertisseurs de fréquence sont souvent . Leur principe de fonctionnement de base est de redresser une tension alternative réseau industriel. Pour cela, des diodes de redressement sont utilisées, combinées dans une unité commune. Le filtrage du courant est effectué par des condensateurs de grande capacité, qui minimisent l'ondulation de la tension entrante. C'est la réponse à la question pourquoi vous avez besoin d'un convertisseur de fréquence.

Dans certains cas, un circuit dit de drain d'énergie, composé d'un transistor et d'une résistance de dissipation de puissance élevée, peut être inclus dans le circuit. Ce régime appliqué en mode décélération pour amortir la tension générée par le moteur. Ainsi, la surcharge des condensateurs et leur défaillance prématurée sont évitées. Grâce à l'utilisation de chastotniks, les moteurs asynchrones remplacent avec succès les entraînements électriques à courant continu, qui présentent de sérieux inconvénients. Bien que faciles à régler, ils sont considérés comme peu fiables et coûteux à exploiter. Pendant le fonctionnement, les balais produisent constamment des étincelles et l'électroérosion entraîne l'usure du collecteur. Les moteurs à courant continu sont totalement inadaptés aux environnements explosifs et poussiéreux.

Contrairement à eux, les moteurs asynchrones sont de conception beaucoup plus simple et plus fiables en raison de l'absence de contacts mobiles. Ils sont plus compacts et moins chers à exploiter. Le principal inconvénient est le réglage difficile de la vitesse de rotation. manières traditionnelles. Pour ce faire, il était nécessaire de modifier la tension d'alimentation et d'introduire des résistances supplémentaires dans le circuit d'enroulement. De plus, d'autres méthodes ont été utilisées, ce qui s'est avéré en pratique non économique et n'a pas fourni un contrôle de vitesse de haute qualité. Mais, après l'apparition d'un convertisseur de fréquence pour moteur asynchrone, qui vous permet de régler en douceur la vitesse sur une large plage, tous les problèmes ont été résolus.

Simultanément à la fréquence, la tension d'entrée change également, ce qui permet d'augmenter le facteur de puissance du moteur électrique. Tout cela permet d'obtenir des performances énergétiques élevées des moteurs asynchrones et de prolonger leur durée de vie.

Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence

Un contrôle efficace et de haute qualité des moteurs électriques asynchrones est devenu possible grâce à l'utilisation de convertisseurs de fréquence en conjonction avec eux. La conception globale est un variateur de fréquence, qui a considérablement amélioré Caractéristiques machines et mécanismes.

Un convertisseur de fréquence agit comme un élément de contrôle de ce système, dont la fonction principale est de modifier la fréquence de la tension d'alimentation. Sa conception est faite sous la forme d'une unité électronique statique, et la formation d'une tension alternative avec une donnée fréquence variable effectués aux bornes de sortie. Ainsi, en modifiant l'amplitude de la tension et de la fréquence, la vitesse de rotation du moteur électrique est régulée.

Les moteurs asynchrones sont contrôlés de deux manières :

La commande scalaire fonctionne selon une loi linéaire, selon laquelle l'amplitude et la fréquence sont proportionnelles l'une à l'autre. La fréquence changeante entraîne des changements dans l'amplitude de la tension entrante, affectant le niveau de couple, l'efficacité et le facteur de puissance de l'unité. La dépendance de la fréquence de sortie et de la tension d'alimentation vis-à-vis du couple de charge sur l'arbre moteur doit être prise en compte. Pour que le couple de charge soit toujours uniforme, le rapport de l'amplitude de la tension à la fréquence de sortie doit être constant. Cet équilibre est simplement maintenu par le convertisseur de fréquence.
Le contrôle vectoriel maintient le couple de charge constant sur toute la plage de fréquences. La précision de régulation augmente, l'entraînement électrique réagit de manière plus flexible aux variations de charges de sortie. Par conséquent, le couple moteur est directement contrôlé par l'onduleur. Il convient de garder à l'esprit que le couple est formé en fonction du courant du stator, ou plutôt du champ magnétique créé par celui-ci. Sous contrôle vectoriel, la phase du courant statorique change. Cette phase est celle qui contrôle directement le couple.

Réglage du convertisseur de fréquence pour le moteur électrique

Pour que le convertisseur de fréquence d'un moteur asynchrone remplisse pleinement ses fonctions, il doit être correctement connecté et configuré. Au tout début de la connexion au réseau devant l'appareil est placé disjoncteur. Sa valeur nominale doit correspondre à la quantité de courant consommée par le moteur. S'il est censé fonctionner dans un réseau triphasé, alors la machine doit également être triphasée, avec un levier commun. Dans ce cas, en cas de court-circuit sur l'une des phases, les autres phases peuvent être rapidement déconnectées.

Le courant de fonctionnement doit avoir des caractéristiques correspondant parfaitement au courant d'une seule phase du moteur électrique. Si le convertisseur de fréquence doit être utilisé dans réseau monophasé, dans ce cas, il est recommandé d'utiliser une seule machine dont la valeur doit être de trois fois le courant d'une phase. Quel que soit le nombre de phases, lors de l'installation d'un chastotnik, les machines ne doivent pas être incluses dans la rupture du fil de terre ou neutre. Il est recommandé d'utiliser uniquement une connexion directe.

À réglage correct et connectant le convertisseur de fréquence, ses fils de phase doivent être connectés aux contacts correspondants du moteur électrique. Pré-enroulement dans le moteur, en fonction de la tension fournie par le convertisseur. S'il correspond à valeur inférieure indiquée sur le carter du moteur, une connexion en triangle est utilisée. Une valeur plus élevée utilise le schéma en étoile.

Ensuite, le convertisseur de fréquence est connecté au contrôleur et au panneau de commande, qui est inclus dans la livraison. Toutes les connexions sont effectuées conformément au schéma fourni dans le manuel d'instructions. La poignée doit être en position neutre, après quoi la machine s'allume. L'activation normale est confirmée par un voyant lumineux sur la télécommande. Pour que le convertisseur fonctionne, le bouton RUN, programmé par défaut, est enfoncé.

Après un léger tour de manivelle, le moteur se met à tourner progressivement. Pour passer la rotation à verso, il y a un bouton de marche arrière spécial. Ensuite, à l'aide de la poignée, la vitesse souhaitée est ajustée. Sur certaines consoles, au lieu de la vitesse du moteur électrique, des données sur la fréquence de la tension sont affichées. Par conséquent, il est recommandé d'étudier attentivement l'interface de l'équipement installé à l'avance.

Convertisseurs de fréquence pour moteurs asynchrones

Grâce aux convertisseurs de fréquence, le fonctionnement des moteurs asynchrones modernes est hautement efficace, stable et sûr. Ceci est particulièrement important, car chaque moteur électrique a ses propres caractéristiques individuelles de mode de fonctionnement. Par conséquent, l'optimisation des paramètres d'alimentation des unités utilisant des convertisseurs de fréquence est d'une grande importance. Lorsqu'un convertisseur de fréquence est sélectionné pour un usage spécifique, ses paramètres de fonctionnement doivent être pris en compte dans ce cas.

Le fonctionnement normal de l'appareil dépendra du type de moteur électrique, de sa puissance, de sa portée, de sa vitesse et de la précision des réglages, ainsi que du maintien d'un couple d'arbre stable. Ces indicateurs sont d'une importance primordiale et doivent être organiquement combinés avec les dimensions et la forme de l'appareil. Vous devez porter une attention particulière à l'emplacement des commandes et à la commodité de leur utilisation.

Lors du choix d'un appareil, vous devez savoir à l'avance dans quelles conditions il sera utilisé. Si le réseau est monophasé, le convertisseur doit être le même. Il en va de même pour les appareils triphasés. Tout dépend de la puissance des moteurs asynchrones. Si un couple de démarrage élevé est requis sur l'arbre lors du démarrage, le variateur de fréquence doit également être conçu pour une valeur de courant plus élevée.

Aujourd'hui, les moteurs asynchrones sont les principaux entraînements de traction pour les machines-outils, les convoyeurs et autres unités industrielles.

Pour que les moteurs fonctionnent correctement, ils ont besoin d'un convertisseur de fréquence. Il vous permet d'optimiser le fonctionnement de l'appareil et de prolonger sa durée de vie. Il n'est pas nécessaire d'acheter un appareil - vous pouvez fabriquer vous-même un convertisseur de fréquence pour un moteur électrique triphasé.

Objectif du convertisseur de fréquence

Un moteur électrique asynchrone peut aussi fonctionner sans convertisseur de fréquence, mais dans ce cas il aura une vitesse constante sans possibilité de réglage. De plus, l'absence de convertisseur de fréquence entraînera une augmentation du courant de démarrage de 5 à 7 fois le courant nominal, ce qui entraînera une augmentation des charges de choc, augmentera les pertes de puissance et conduira à une réduction significative de la durée de vie. de l'unité.

Pour niveler tous les facteurs négatifs ci-dessus, des convertisseurs de fréquence ont été inventés pour les moteurs asynchrones à courant triphasé et monophasé.

Le convertisseur de fréquence permet de réguler la vitesse du moteur électrique dans une large plage, assure un démarrage en douceur, permet de régler à la fois la vitesse de démarrage et la vitesse de freinage, de connecter un moteur triphasé à un réseau monophasé, et beaucoup plus. Toutes ces fonctions dépendent du microcontrôleur sur lequel il est construit et peuvent différer d'un modèle à l'autre.

Le principe de fonctionnement de l'appareil

Le courant alternatif circule du réseau vers le pont de diodes, où il est redressé et entre dans la batterie de condensateurs de lissage, où il se transforme finalement en courant continu, qui est acheminé vers les drains de puissants transistors IGBT contrôlés par le contrôleur principal. Les sources des transistors, à leur tour, sont connectées au moteur.

Voici un schéma simplifié d'un convertisseur de fréquence pour un moteur asynchrone triphasé.

Voyons maintenant ce qu'il advient des transistors et comment ils fonctionnent.

Un transistor à effet de champ (alias clé, mosfet, etc.) est un interrupteur électronique, son principe de fonctionnement est basé sur l'apparition d'une conduction entre les deux bornes (drain et source) du mosfet, lorsqu'une tension apparaît sur la sortie de commande (gate) qui dépasse la tension de drain.

Contrairement aux relais classiques, les interrupteurs fonctionnent à des fréquences très élevées (de quelques hertz à des centaines de kilohertz), il est donc impossible de les remplacer par un relais.

Avec ces commutateurs à grande vitesse, le microcontrôleur acquiert la capacité de contrôler les circuits d'alimentation.

En plus des mosfets, le contrôleur est également connecté à des capteurs de courant, des commandes de fréquence et d'autres périphériques.

Lorsque le convertisseur de fréquence fonctionne, le microcontrôleur mesure la consommation d'énergie et, conformément aux paramètres définis sur le panneau de commande, modifie la durée et la fréquence des périodes d'ouverture (on) ou de fermeture (off) du transistor, modifiant ainsi ou maintenir la vitesse de rotation du moteur électrique.

Auto-fabrication de l'appareil

Malgré les nombreuses unités fabriquées en usine, les gens fabriquent eux-mêmes des convertisseurs de fréquence, car aujourd'hui tous ses composants peuvent être achetés dans n'importe quel magasin de radio ou commandés en Chine. Un tel chastotnik vous coûtera beaucoup moins cher qu'un acheté, de plus, vous ne douterez pas de la qualité de son assemblage et de sa fiabilité.

Nous fabriquons un convertisseur triphasé

Nous allons assembler notre convertisseur sur des mosfets G4PH50UD, qui seront contrôlés par le contrôleur PIC16F628A à l'aide d'optodrivers HCPL3120.

Le convertisseur de fréquence assemblé, lorsqu'il est connecté à un réseau monophasé de 220 V, aura trois phases à part entière de 220 V en sortie, avec un décalage de 120 ° et une puissance de 3 kW.

Le schéma du circuit ressemble à ceci :

Étant donné que le variateur de fréquence est composé de parties qui fonctionnent à la fois à haute (partie puissance) et à basse tension (commande), il serait logique de le diviser en trois cartes (la carte principale, la carte de commande et l'alimentation basse tension pour il) pour exclure la possibilité de panne entre les voies à haute et basse tension et la panne de l'appareil.

Voici à quoi ressemble la disposition du tableau de commande :

Pour alimenter la carte de contrôle, vous pouvez utiliser n'importe quelle alimentation 24 V, avec des ondulations ne dépassant pas 1 V par oscillation, avec un délai d'interruption de l'alimentation de 2 à 3 secondes à partir du moment où la tension d'alimentation 220 V disparaît.

L'alimentation peut être assemblée par vous-même selon ce schéma:

Veuillez noter que les cotes et les noms de tous les composants radio sur les schémas sont déjà signés, de sorte que même un radioamateur novice peut assembler un appareil fonctionnel en les utilisant.

Avant d'assembler le convertisseur, assurez-vous :

Si vous avez tout fait correctement et que vous n'avez rien oublié, vous pouvez commencer à assembler.

Après assemblage, vous obtiendrez quelque chose de similaire :

Il ne vous reste plus qu'à vérifier l'appareil: pour cela, nous connectons le moteur au convertisseur de fréquence et lui appliquons une tension. Une fois que la LED s'allume, signalant que vous êtes prêt, appuyez sur le bouton "Démarrer". Le moteur devrait commencer à tourner lentement. Lorsque le bouton est maintenu enfoncé, le moteur commence à accélérer, lorsqu'il est relâché, il maintient la vitesse au niveau auquel il a réussi à accélérer. Lorsque le bouton de réinitialisation est enfoncé, le moteur s'arrête en roue libre. Le bouton "Reverse" n'est activé que lorsque le moteur est arrêté.

Si la vérification a réussi, vous pouvez commencer à fabriquer le boîtier et y assembler le convertisseur de fréquence. N'oubliez pas de faire des trous dans le boîtier pour l'entrée de froid et la sortie d'air chaud du radiateur IGBT.

Convertisseur de fréquence pour moteur monophasé

Un convertisseur de fréquence pour un moteur monophasé diffère d'un moteur triphasé en ce qu'il a deux phases à la sortie (il n'y a pas d'erreur ici, le moteur est monophasé, lorsqu'il est connecté sans convertisseur de fréquence, l'enroulement de travail est directement connecté au réseau et l'enroulement de démarrage est connecté via un condensateur; mais lors de l'utilisation d'un convertisseur de fréquence, l'enroulement de démarrage est connecté via la deuxième phase) et un neutre - contrairement aux trois phases de ce dernier, de sorte que fabriquer un convertisseur de fréquence pour un moteur électrique monophasé, en utilisant un circuit triphasé comme base, ne fonctionnera pas, vous devez donc tout recommencer.

En tant que cerveau de ce convertisseur, nous utiliserons l'ATmega328 MK avec le bootloader Arduino. En principe, c'est l'Arduino, seulement sans son cerclage. Donc, si vous avez un arduino avec un tel microcontrôleur qui traîne dans vos bacs, vous pouvez le dessouder en toute sécurité et l'utiliser pour les affaires, après y avoir téléchargé un croquis (firmware) de cette archive :

Le pilote IR2132 sera connecté à l'atmega, et les mosfets IRG4BC30 y seront connectés, auxquels nous connecterons un moteur d'une puissance allant jusqu'à 1 kW inclus.

Circuit convertisseur de fréquence pour un moteur monophasé :

Aussi, pour alimenter l'arduino (5v) et pour alimenter le relais de puissance (12v), il nous faut 2 stabilisateurs. Voici leurs schémas :

stabilisateur 12 volts.

Stabilisateur 5 volts.

Attention! Ce schéma n'est pas simple. Il peut être nécessaire de configurer et de déboguer le micrologiciel pour obtenir des performances optimales de l'appareil, mais ce n'est pas difficile, et les manuels pour Programmation Arduino sur Internet - un grand nombre. De plus, le croquis lui-même contient des commentaires assez détaillés pour chaque action. Mais si cela est trop difficile pour vous, vous pouvez essayer de trouver un tel convertisseur de fréquence dans le magasin. Bien qu'ils ne soient pas aussi courants que les chastotniki pour les moteurs triphasés, vous pouvez les acheter, mais pas dans tous les magasins.

Faites également attention au fait qu'il est impossible d'allumer le circuit sans ballast - les touches de sortie grilleront. Le ballast doit être relié par une diode faisant face à l'anode au condensateur de filtrage de puissance. Si vous connectez un ballast sans diode, les touches échoueront à nouveau.

Si tout vous convient, vous pouvez commencer à faire le tableau, puis - à l'assemblage de l'ensemble du circuit. Avant l'assemblage, assurez-vous que la disposition de la carte est correcte et qu'elle ne présente aucun défaut, et que vous disposez de tous les composants radio indiqués sur le schéma. N'oubliez pas non plus d'installer les IGBT sur le dissipateur thermique massif et de les en isoler à l'aide de tampons thermiques et de rondelles isolantes.

Après avoir assemblé le convertisseur de fréquence, vous pouvez commencer à le tester. Idéalement, vous devriez obtenir la fonctionnalité suivante : bouton "S1" - démarrer, chaque pression suivante ajoute un certain nombre de tours (modifié en modifiant l'esquisse) ; "S2" est identique à "S1", ne fait tourner le moteur que dans le sens opposé ; bouton "S3" - arrêt, lorsqu'il est enfoncé, le moteur s'arrête avec une roue libre.

Veuillez noter que l'inverse s'effectue par un arrêt complet du moteur, lorsque vous essayez de changer le sens de rotation sur un moteur en marche, il s'arrêtera instantanément et les interrupteurs d'alimentation grilleront à cause de la surcharge. Si l'argent que vous devrez dépenser pour remplacer les mosfets ne vous dérange pas, vous pouvez utiliser cette fonction comme frein d'urgence.

Problèmes possibles lors de la vérification

Si, lors de la vérification du convertisseur de fréquence, le circuit ne fonctionnait pas ou ne fonctionnait pas correctement, vous avez fait une erreur quelque part. Déconnectez le convertisseur de fréquence du réseau et vérifiez l'exactitude l'installation des composants, leur état de fonctionnement et l'absence de coupures/courts-circuits de voies là où ils ne devraient pas se trouver. Si un défaut est détecté, corrigez-le et vérifiez à nouveau l'onduleur. Si tout est en ordre avec cela, procédez au débogage du firmware.

Créé à la fin du XIXe siècle, le moteur asynchrone triphasé est devenu un élément indispensable de la production industrielle moderne.

Pour le démarrage et l'arrêt en douceur d'un tel équipement, un dispositif spécial est requis - un convertisseur de fréquence. La présence d'un convertisseur pour les gros moteurs à forte puissance est particulièrement importante. Avec l'aide de ce appareil supplémentaire il est possible de réguler les courants de démarrage, c'est-à-dire de contrôler et de limiter leur amplitude.

Si vous réglez le courant de démarrage exclusivement mécaniquement, il ne sera pas possible d'éviter les pertes d'énergie et de réduire la durée de vie de l'équipement. Les indicateurs de ce courant sont cinq à sept fois supérieurs à la tension nominale, ce qui est inacceptable pour fonctionnement normaléquipement.

Le principe de fonctionnement d'un convertisseur de fréquence moderne implique l'utilisation d'une commande électronique. Ils fournissent non seulement un démarrage en douceur, mais régulent également en douceur le fonctionnement du variateur, en respectant strictement le rapport entre la tension et la fréquence selon une formule donnée.

Le principal avantage de l'appareil est l'économie de consommation d'électricité, qui est en moyenne de 50%. Ainsi que la capacité de s'adapter aux besoins d'une production particulière.

L'appareil fonctionne sur le principe de la double conversion de tension.

redressé et filtré par un système de condensateurs.
Vient ensuite le travail contrôle électronique- un courant est généré avec une fréquence spécifiée (programmée).

A la sortie sont délivrés impulsions rectangulaires, qui sous l'influence de l'enroulement du stator du moteur (son inductance) devient proche d'une sinusoïde.

Que rechercher lors du choix ?

Les fabricants se concentrent sur le coût du convertisseur. Par conséquent, de nombreuses options ne sont disponibles que pour les modèles coûteux. Lors du choix d'un appareil, vous devez déterminer les exigences de base pour une utilisation particulière.

Le contrôle peut être vectoriel ou scalaire. Le premier permet un réglage fin. Le second n'en maintient qu'un, étant donné le rapport entre la fréquence et la tension de sortie et ne convient qu'aux appareils simples, comme un ventilateur.
Plus la puissance spécifiée est élevée, plus l'appareil sera polyvalent - l'interchangeabilité sera assurée et la maintenance des équipements sera simplifiée.
La plage de tension secteur doit être aussi large que possible, ce qui protégera contre les changements de ses normes. Une rétrogradation n'est pas aussi dangereuse pour l'appareil qu'une mise à niveau. Avec ce dernier, les condensateurs du réseau pourraient bien exploser.
La fréquence doit être parfaitement cohérente avec les besoins de la production. La limite inférieure indique la plage de contrôle de vitesse du variateur. Si un plus large est nécessaire, un contrôle vectoriel est nécessaire. En pratique, on utilise des fréquences de 10 à 60 Hz, moins souvent jusqu'à 100 Hz.
Le contrôle s'effectue via différentes entrées et sorties. Plus ils sont nombreux, mieux c'est. Mais un plus grand nombre de connecteurs augmente considérablement le coût du dispositif et complique sa configuration.

Les entrées discrètes (sorties) sont utilisées pour entrer des commandes de contrôle et émettre des messages sur les événements (par exemple, sur la surchauffe), les entrées numériques - pour entrer des signaux numériques (haute fréquence), analogiques - pour entrer des signaux de retour.

Le bus de commande de l'équipement connecté doit correspondre aux capacités du circuit du convertisseur de fréquence en termes de nombre d'entrées et de sorties. Il est préférable d'avoir une petite marge pour la mise à niveau.
capacité de surcharge. Il est optimal de choisir un appareil avec une puissance de 15% supérieure à la puissance du moteur utilisé. Dans tous les cas, lisez la documentation. Les fabricants indiquent tous les principaux paramètres du moteur. Si les charges de crête sont importantes, un variateur avec un courant nominal de crête supérieur de 10 % à la valeur spécifiée doit être sélectionné.

Assemblage de convertisseur de fréquence à faire soi-même pour un moteur asynchrone

Vous pouvez assembler vous-même un onduleur ou un convertisseur. Actuellement, il existe de nombreuses instructions et schémas pour un tel montage sur le réseau.

La tâche principale est d'obtenir un modèle "folk". Bon marché, fiable et conçu pour un usage domestique. Pour le fonctionnement d'équipements à l'échelle industrielle, il est bien sûr préférable de privilégier les appareils vendus par les magasins.
La procédure d'assemblage d'un circuit convertisseur de fréquence pour un moteur électrique

Pour le travail avec le câblage domestique, avec une tension de 220V et une phase. Puissance moteur approximative jusqu'à 1 kW.

Sur une note. Les fils longs doivent être munis d'anneaux d'antiparasitage.

Le réglage de la rotation du rotor du moteur s'inscrit dans la plage de fréquence de 1:40. Pour les basses fréquences, une tension fixe est nécessaire (compensation IR).

Connexion du convertisseur de fréquence au moteur électrique

Pour un câblage monophasé en 220V (usage domestique), le raccordement s'effectue selon le schéma "triangle". Le courant de sortie ne doit pas dépasser 50 % du nominal !

Pour le câblage triphasé à 380 V (usage industriel), le moteur est connecté au convertisseur de fréquence selon le schéma « étoile ».

L'émetteur (ou ) a des bornes correspondantes marquées de lettres.

R, S, T - les fils du réseau sont connectés ici, l'ordre n'a pas d'importance;
U, V, W - pour allumer le moteur asynchrone (si le moteur tourne dans le sens opposé, vous devez échanger l'un des deux fils sur ces bornes).
Il y a une borne de terre séparée.

Pour prolonger la durée de vie de l'onduleur, les règles suivantes doivent être respectées :

Nettoyez régulièrement l'intérieur de l'appareil de la poussière (il est préférable de le souffler avec un petit compresseur, car un aspirateur ne résiste pas toujours à la pollution - la poussière est compactée).
Remplacez les nœuds en temps opportun. Les condensateurs électrolytiques sont conçus pour cinq ans, les fusibles pour dix ans de fonctionnement. Et des ventilateurs de refroidissement pour deux à trois ans d'utilisation. Les panaches internes doivent être remplacés tous les six ans.
Surveiller la température interne et la tension du bus CC.

Une augmentation de la température entraîne le dessèchement de la pâte thermoconductrice et la destruction des condensateurs. Concernant les composants de puissance du variateur, il convient de le changer au moins une fois tous les trois ans.

Respectez les conditions d'utilisation. La température ambiante ne doit pas dépasser +40 degrés. Une forte teneur en humidité et en poussière de l'air est inacceptable.

Contrôler un moteur asynchrone (par exemple) est un processus assez compliqué. Les convertisseurs artisanaux sont moins chers que leurs homologues industriels et conviennent parfaitement à un usage domestique. Cependant, pour les applications industrielles, il est préférable d'installer des onduleurs assemblés en usine. La maintenance de ces modèles coûteux ne peut être effectuée que par un personnel technique bien formé.

Afin de protéger l'environnement, des réglementations sont mises en place partout qui recommandent aux fabricants d'équipements électriques de fabriquer des produits qui consomment de l'électricité de manière économique. Ceci est souvent réalisé en contrôlant efficacement la vitesse du moteur.

Le convertisseur de fréquence pour moteur électrique triphasé ou convertisseur de fréquence porte plusieurs noms : onduleur, convertisseur de fréquence courant alternatif, entraînement à fréquence variable. Aujourd'hui, de nombreuses entreprises produisent des chastotniki, mais de nombreux passionnés créent des convertisseurs de leurs propres mains.

Modes de contrôle
Onduleur bricolage

But et principe de fonctionnement de l'onduleur

L'onduleur contrôle la vitesse de rotation des moteurs électriques asynchrones, c'est-à-dire des moteurs qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique. La rotation résultante des dispositifs d'entraînement est transformée en un autre type de mouvement. C'est très pratique et grâce à cela, les moteurs électriques asynchrones ont acquis une grande popularité dans tous les domaines de la vie humaine.

Il est important de noter que d'autres dispositifs peuvent également réguler la vitesse de rotation, mais ils présentent tous de nombreux inconvénients :

difficulté d'utilisation;
prix élevé;
mauvaise qualité du travail;
plage de contrôle insuffisante.

Beaucoup de gens savent que l'utilisation de convertisseurs de fréquence pour le contrôle de la vitesse est la plus méthode efficace. Cet appareil permet un démarrage et un arrêt en douceur et contrôle également tous les processus qui se produisent dans le moteur. Le risque d'accident lors de l'utilisation d'un convertisseur de fréquence est extrêmement faible.

Pour assurer un réglage et une vitesse en douceur, un circuit de convertisseur de fréquence spécial a été développé. Son utilisation augmente considérablement le temps de fonctionnement continu d'un moteur triphasé et économise de l'énergie. Le convertisseur vous permet de porter l'efficacité jusqu'à 98%. Ceci est réalisé en augmentant la fréquence de commutation. Les régulateurs mécaniques ne sont pas capables de cela.

Contrôle de la vitesse de l'onduleur

Initialement, il modifie la tension provenant du réseau. Ensuite, à partir de la tension convertie, il forme une tension triphasée de l'amplitude et de la fréquence requises, qui est fournie au moteur électrique.

La plage de réglage est suffisamment large. Il est possible de faire tourner le rotor du moteur dans le sens opposé. Afin d'éviter sa panne, il est nécessaire de prendre en compte les données du passeport, qui indiquent la vitesse et la puissance maximales autorisées en kW.

Composants d'entraînement variables

Vous trouverez ci-dessous un schéma du convertisseur de fréquence.

Il se compose de 3 liens transformants :

un redresseur qui génère une tension continue lorsqu'il est connecté au secteur, qui peut être contrôlé ou non géré ;
un filtre qui lisse la tension déjà redressée (des condensateurs sont utilisés pour cela);
un onduleur qui génère la fréquence de tension souhaitée, qui est le dernier maillon avant le moteur électrique.

Modes de contrôle

Les convertisseurs de fréquence se distinguent par des types de contrôle :

type scalaire (pas de rétroaction);
type de vecteur (la présence de rétroaction ou son absence).

Dans le premier mode, le champ magnétique du stator est soumis à contrôle. Dans le cas du mode commande vectorielle, l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator est prise en compte, le couple est optimisé lorsque l'on travaille sur vitesse différente. C'est la principale différence entre les deux modes.

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De plus, la méthode vectorielle est plus précise et efficace. Cependant, l'entretien est plus coûteux. Il s'adresse à des professionnels possédant une richesse de connaissances et de compétences. La méthode scalaire est plus simple. Il est applicable lorsque les paramètres de sortie ne nécessitent pas de réglage fin.

Raccordement de l'onduleur étoile-triangle

Après avoir acheté un onduleur à un prix abordable, la question se pose : comment le connecter au moteur de ses propres mains ? Avant cela, il sera utile d'installer une machine de mise hors tension. En cas de court-circuit dans au moins une phase, l'ensemble du système s'arrête immédiatement.

La connexion du convertisseur au moteur électrique peut être réalisée selon les schémas "triangle" et "étoile".

Si le variateur est monophasé, les bornes du moteur sont connectées en triangle. Dans ce cas, aucune perte de puissance ne se produit. La puissance maximale d'un tel convertisseur de fréquence est de 3 kW.

Les onduleurs triphasés sont plus avancés. Ils sont alimentés par des réseaux triphasés industriels. Ils sont connectés selon le schéma "en étoile".

Pour limiter le courant de démarrage et réduire le couple de démarrage lors du démarrage d'un moteur électrique d'une puissance supérieure à 5 kW, l'option de commutation étoile-triangle est utilisée.

Lors du démarrage de la tension au stator, l'option étoile est utilisée. Lorsque la vitesse du moteur atteint la vitesse nominale, la puissance est commutée en delta. Mais cette méthode est utilisée lorsqu'il est possible de se connecter selon les deux schémas.

Il est important de noter que dans le circuit étoile-triangle, des sauts brusques de courants sont inévitables. Au moment de passer à la deuxième option, la vitesse de rotation diminue fortement. Pour restaurer la vitesse, il est nécessaire d'augmenter la force actuelle.

Les convertisseurs les plus populaires pour les moteurs électriques d'une puissance de 0,4 kW à 7,5 kW.

Onduleur bricolage

Parallèlement à la sortie des onduleurs industriels, beaucoup les fabriquent de leurs propres mains. Il n'y a pas de difficulté particulière à cela. Un tel convertisseur de fréquence peut convertir une phase en trois. Un moteur électrique avec un convertisseur similaire peut être utilisé dans la vie de tous les jours, d'autant plus que sa puissance n'est pas perdue.

Le redresseur vient en premier dans le circuit. Ensuite, il y a des éléments filtrants qui coupent la composante alternative du courant. En règle générale, les transistors IGBT sont utilisés pour la fabrication de tels onduleurs. Le prix de tous les composants d'un convertisseur de fréquence à faire soi-même est beaucoup moins de prix produit de fabrication fini.

Les convertisseurs de fréquence de ce type conviennent aux moteurs électriques d'une puissance de 0,1 kW à 0,75 kW

Utilisation d'onduleurs modernes

Les convertisseurs modernes sont fabriqués à l'aide de microcontrôleurs. Cela a considérablement élargi Fonctionnalité onduleurs dans le domaine des algorithmes de contrôle et du contrôle de la sécurité du travail.

Les convertisseurs sont utilisés avec beaucoup de succès dans les domaines suivants :

dans les systèmes d'alimentation en eau, les systèmes d'alimentation en chaleur pour réguler la vitesse des pompes à eau chaude et froide;
en génie mécanique;
dans l'industrie textile;
dans le domaine des carburants et de l'énergie ;
pour les pompes de forage et d'égout ;
pour l'automatisation des systèmes de contrôle de processus.

Prix d'origine Alimentation sans interruption dépendent directement de la présence d'un convertisseur de fréquence en elle. Ils deviennent des guides vers l'avenir. Grâce à eux, la petite énergie deviendra le secteur le plus développé de l'économie.

À l'heure actuelle, le moteur asynchrone est devenu le dispositif principal de la plupart des entraînements électriques. De plus en plus, il est utilisé pour le contrôler - un onduleur avec régulation PWM. Un tel contrôle offre de nombreux avantages, mais crée également des problèmes dans le choix de certaines solutions techniques. Essayons de les comprendre plus en détail.

Dispositif convertisseur de fréquence

Le développement et la production d'une large gamme de modules IGBT à transistors haute tension de forte puissance ont permis de mettre en œuvre des interrupteurs de puissance multiphasés commandés directement par signaux numériques. Programmable installations informatiques permis de former des séquences numériques aux entrées des commutateurs qui fournissent des signaux. Le développement et la production en série de microcontrôleurs à puce unique avec de grandes ressources de calcul ont permis de passer à des servocommandes avec des contrôleurs numériques.

Les convertisseurs de fréquence de puissance, en règle générale, sont mis en œuvre selon un circuit contenant un redresseur sur des diodes ou transistors de puissance puissants et un onduleur (interrupteur commandé) sur des transistors IGBT shuntés par des diodes (Fig. 1).

Riz. 1. Schéma du convertisseur de fréquence

L'étage d'entrée redresse la tension secteur sinusoïdale fournie, qui, après lissage à l'aide d'un filtre inductif-capacitif, sert de source d'alimentation pour un onduleur commandé qui, sous l'action de commandes de contrôle numériques, génère un signal c qui génère courants sinusoïdaux dans les enroulements du stator avec des paramètres qui fournissent le mode de fonctionnement requis du moteur électrique.

Le contrôle numérique du convertisseur de puissance est effectué à l'aide d'un matériel à microprocesseur et de tâches appropriées Logiciel. Le dispositif informatique génère en temps réel des signaux de commande pour 52 modules et traite également les signaux des systèmes de mesure qui contrôlent le fonctionnement du variateur.

Les dispositifs de puissance et les outils informatiques de contrôle sont combinés dans le cadre d'un produit industriel structurellement conçu appelé convertisseur de fréquence.

Dans les équipements industriels, deux principaux types de convertisseurs de fréquence sont utilisés :

convertisseurs propriétaires pour des types d'équipements spécifiques.

Les convertisseurs de fréquence universels sont conçus pour le contrôle polyvalent du fonctionnement IM dans des modes définis par l'utilisateur.

Le réglage et le contrôle des modes de fonctionnement du variateur de fréquence peuvent être effectués à l'aide du panneau de commande, équipé d'un écran pour afficher les informations saisies. V version simplifiée contrôle de fréquence scalaire, vous pouvez utiliser un ensemble de fonctions logiques simples disponibles dans les paramètres d'usine du contrôleur et le contrôleur PID intégré.

Mettre en œuvre des modes de contrôle plus complexes à l'aide de signaux provenant de capteurs Rétroaction il est nécessaire de développer la structure de l'ACS et l'algorithme, qui doivent être programmés à l'aide d'un ordinateur externe connecté.

La plupart des fabricants produisent une gamme de convertisseurs de fréquence qui diffèrent par les caractéristiques électriques d'entrée et de sortie, la puissance, la conception et d'autres paramètres. Pour se connecter à un équipement externe (secteur, moteur), des éléments externes: démarreurs magnétiques, transformateurs, selfs.

Types de signaux de commande

Une distinction doit être faite entre les différents types de signaux et un câble séparé doit être utilisé pour chacun. différents types les signaux peuvent s'influencer mutuellement. En pratique, cette séparation est courante, par exemple, le câble de peut être connecté directement au convertisseur de fréquence.

Riz. 2. Exemple de connexion des circuits de puissance et des circuits de commande du variateur de fréquence

Peut être distingué les genres suivants signaux :

analogique - signaux de tension ou de courant (0 ... 10 V, 0 / 4 ... 20 mA), dont la valeur change lentement ou rarement, il s'agit généralement de signaux de contrôle ou de mesure;

des signaux discrets de tension ou de courant (0...10 V, 0/4...20 mA), qui ne peuvent prendre que deux valeurs rarement changeantes (haute ou basse) ;

numérique (données) - signaux de tension (0...5 V, 0...10 V) qui changent rapidement et avec haute fréquence, il s'agit généralement de signaux de ports RS232, RS485, etc. ;

relais - les contacts de relais (0 ... 220 V AC) peuvent activer des courants inductifs en fonction de la charge connectée (relais externes, lampes, vannes, dispositifs de freinage, etc.).

Sélection de la puissance du convertisseur de fréquence

Lors du choix de la puissance du convertisseur de fréquence, il est nécessaire de se baser non seulement sur la puissance du moteur électrique, mais également sur les courants et tensions nominaux du convertisseur et du moteur. Le fait est que la puissance indiquée du convertisseur de fréquence se réfère uniquement à son fonctionnement avec un moteur électrique asynchrone standard à 4 pôles dans une application standard.

Les variateurs réels présentent de nombreux aspects qui peuvent entraîner une augmentation de la charge actuelle du variateur, par exemple lors du démarrage. En général, l'utilisation d'un variateur de fréquence permet de réduire les charges électriques et mécaniques dues au démarrage progressif. Par exemple, le courant de démarrage est réduit de 600% à 100-150% du courant nominal.

Fonctionnement à vitesse réduite

Il faut se rappeler que bien que le convertisseur de fréquence puisse facilement fournir un contrôle de vitesse 10:1, lorsque le moteur tourne à bas régime, la puissance de son propre ventilateur peut ne pas être suffisante. Il est nécessaire de surveiller la température du moteur et de prévoir une ventilation forcée.

Compatibilité électromagnétique

Le convertisseur de fréquence étant une puissante source d'harmoniques haute fréquence, un câble blindé d'une longueur minimale doit être utilisé pour connecter les moteurs. La pose d'un tel câble doit être effectuée à une distance d'au moins 100 mm des autres câbles. Cela minimise les interférences. Si vous devez croiser des câbles, l'intersection se fait à un angle de 90 degrés.

Alimenté par un générateur de secours

Le démarrage progressif, qui fournit un convertisseur de fréquence, vous permet de réduire puissance requise Générateur. Puisqu'avec un tel démarrage, le courant diminue de 4 à 6 fois, la puissance du générateur peut être réduite du même nombre de fois. Néanmoins, un contacteur commandé à partir de la sortie relais du variateur de fréquence doit être installé entre le générateur et le variateur. Cela protège le variateur de fréquence des surtensions dangereuses.

Alimentation d'un convertisseur triphasé à partir d'un réseau monophasé

Les convertisseurs de fréquence triphasés peuvent être alimentés à partir d'un réseau monophasé, mais leur courant de sortie ne doit pas dépasser 50 % de la valeur nominale.

Économiser de l'énergie et de l'argent

Les économies se produisent pour plusieurs raisons. Premièrement, en raison de la croissance à 0,98, c'est-à-dire la puissance maximale est utilisée pour faire travail utile, le minimum va dans les pertes. Deuxièmement, un coefficient proche de celui-ci est obtenu dans tous les modes de fonctionnement du moteur.

Sans convertisseur de fréquence, les moteurs asynchrones à faible charge ont un cosinus phi de 0,3-0,4. Troisièmement, il n'y a pas besoin de réglages mécaniques supplémentaires (volets, manettes des gaz, soupapes, freins, etc.), tout se fait électroniquement. Avec un tel dispositif de contrôle, les économies peuvent atteindre 50 %.

Synchronisation de plusieurs appareils

Grâce aux entrées de commande supplémentaires du variateur de fréquence, vous pouvez synchroniser les processus sur le convoyeur ou définir le rapport de modification de certaines valeurs, en fonction d'autres. Par exemple, mettez la vitesse de rotation de la broche de la machine en fonction de l'avance de la fraise. Le processus sera optimisé au fur et à mesure à mesure que la charge sur la fraise augmente, l'avance sera réduite et vice versa.

Protection du réseau contre les harmoniques supérieures

Pour une protection supplémentaire, en plus des câbles blindés courts, des inductances réseau et des condensateurs shunt sont utilisés. , de plus, limite le courant d'appel à la mise sous tension.

Le bon choix de classe de protection

Une dissipation thermique fiable est essentielle pour le fonctionnement sans problème d'un variateur de fréquence. Si vous utilisez des classes de protection élevées, telles que IP 54 et plus, il est difficile ou coûteux d'obtenir une telle dissipation thermique. Par conséquent, il est possible d'utiliser une armoire séparée avec une classe de protection élevée, où placer des modules de classe inférieure et effectuer une ventilation et un refroidissement généraux.

Connexion en parallèle de moteurs électriques à un convertisseur de fréquence

Afin de réduire les coûts, un convertisseur de fréquence peut être utilisé pour contrôler plusieurs moteurs électriques. Sa puissance doit être sélectionnée avec une marge de 10 à 15% de la puissance totale de tous les moteurs électriques. Dans ce cas, il faut minimiser les longueurs des câbles moteur et il est très souhaitable d'installer une inductance moteur.

La plupart des convertisseurs de fréquence ne permettent pas d'éteindre ou de connecter des moteurs avec des contacteurs lorsque le variateur de fréquence est en marche. Cela se fait uniquement via la commande d'arrêt du variateur.

Réglage de la fonction de contrôle

Pour obtenir les performances maximales du variateur électrique, telles que : facteur de puissance, rendement, capacité de surcharge, finesse de régulation, durabilité, il est nécessaire de choisir le bon rapport entre la variation de la fréquence de fonctionnement et la tension en sortie du Convertisseur de fréquence.

La fonction de changement de tension dépend de la nature du moment de charge. A couple constant, la tension statorique du moteur doit être régulée proportionnellement à la fréquence (régulation scalaire U/F = const). Pour un ventilateur, par exemple, un autre rapport est U/F*F = const. Si nous augmentons la fréquence de 2 fois, alors la tension doit être augmentée de 4 (régulation vectorielle). Il existe des variateurs avec des fonctions de contrôle plus complexes.

Avantages de l'utilisation d'un variateur de vitesse avec un convertisseur de fréquence

En plus d'augmenter l'efficacité et les économies d'énergie, un tel entraînement électrique vous permet d'obtenir de nouvelles qualités de contrôle. Cela se traduit par le rejet de dispositifs mécaniques supplémentaires qui créent des pertes et réduisent la fiabilité des systèmes : freins, amortisseurs, papillons, vannes, vannes de régulation, etc. Le freinage, par exemple, peut être effectué en raison de la rotation inverse du champ électromagnétique dans le stator du moteur électrique. Modification uniquement dépendance fonctionnelle entre fréquence et tension, on obtient un variateur différent sans rien changer à la mécanique.

Lecture de documents

Il convient de noter que bien que les convertisseurs de fréquence soient similaires les uns aux autres et ayant maîtrisé l'un, il est facile de comprendre l'autre, néanmoins, il est nécessaire de lire attentivement la documentation. Certains fabricants imposent des restrictions sur l'utilisation de leurs produits, et si elles sont violées, ils retirent les produits de la garantie.