Výpočet kondenzátoru pro frekvenční měnič – schéma, návod

Během provozu motorů protéká vinutím proud, který je o 20-40% vyšší než jmenovitý proud, proto by při použití elektromotoru v režimu nízké zátěže nebo v režimu nečinnosti měla být kapacita pracovního kondenzátoru snížena.

Z bezpečnostních důvodů musí být všechny spouštěcí kondenzátory použity s vybíjecím rezistorem. Odpor vybíjecího rezistoru je zvolen tak, aby po 50 sekundách bylo z kondenzátoru zcela odstraněno zbytkové napětí.

V případech, kdy je kondenzátor použit v sériovém zapojení s pomocným vinutím elektromotoru, může být napětí na svorkách kondenzátoru při provozních otáčkách výrazně vyšší než napětí sítě.

Při provozu kondenzátorů mohou být instalovány přímo ve fyzickém kontaktu s elektromotorem. V tomto případě je nutné při volbě typu kondenzátoru počítat s tím, že kondenzátor bude vystaven zvýšeným teplotám a vibracím – a to jak od samotného elektromotoru, tak od dalších pasivních prvků různých typů zařízení, ve kterých kondenzátor budou použity.

Při provozu motorových kondenzátorů dochází k různým složitým spínacím procesům, v jejichž důsledku dochází k náhlým změnám napětí na svorkách kondenzátoru, a proto musí být jmenovité napětí kondenzátoru zvoleno tak, aby provozní napětí během provozu výrobku nepřekročilo to o více než 10 %.

Při výběru požadované kapacity a provozního napětí je nutné vzít v úvahu rezonanční faktor, to znamená, když jsou hodnoty napětí pomocného vinutí elektromotoru a kondenzátoru v blízkosti rezonančního bodu. V tomto případě se zvyšuje napětí na svorkách produktu.

Maximální napětí na svorkách startovacího kondenzátoru by nemělo být vyšší než 450 V a jeho kapacita je zpravidla volena dvojnásobkem nebo vícenásobkem kapacity pracovního kondenzátoru.

Jak ukazuje praxe, na každých 100 W výkonu elektromotoru je zapotřebí asi 6-7 μF.

Pokud není možné zvolit kapacitu v jednom pouzdře, je možná kombinace paralelním zapojením kondenzátorů Ctot = C1 + C2. + Cn.

Při správně zvoleném kondenzátoru by výkon třífázového motoru připojeného k jednofázové síti neměl klesnout o více než 30 %.

Rozsah použití kondenzátorů pro asynchronní motory

Tabulka: Rozsah použití kondenzátorů pro asynchronní motory

pracovní	odpalovací zařízení
přihláška	V obvodech asynchronních elektromotorů	V obvodech asynchronních elektromotorů
Typ připojení	V sérii s pomocným vinutím elektromotoru	Paralelně s provozním kondenzátorem
Vzhledem k tomu,	Je prvkem s fázovým posunem
Účel	Umožňuje získat kruhové točivé magnetické pole nezbytné pro provoz elektromotoru	Umožňuje získat magnetické pole potřebné ke zvýšení startovacího momentu elektromotoru
Včas	Při provozu elektromotoru	V okamžiku spuštění elektromotoru

Existují dvě hlavní aplikace pro kondenzátory pro asynchronní motory.

1) Třífázový asynchronní elektromotor připojený přes kondenzátor k jednofázové síti

V případě, že je potřeba připojit třífázový elektromotor k jednofázové síti, existují dvě možnosti připojení: „Hvězda“ и „trojúhelník“a možnost „trojúhelník“ je v mnoha případech nejvýhodnější.

Přibližný výpočet pro tento typ připojení se provádí pomocí následujícího vzorce:

Práce=k*Iph/Unetwork

• k – koeficient v závislosti na zapojení vinutí.
• Li – jmenovitý fázový proud elektromotoru A.
• Bezsítě – napětí jednofázové sítě V.

Pro schéma zapojení „Star“ k=2800

Pro schéma zapojení „Trojúhelník“ k=4800

Pro určení startovací kapacity Sestup. pocházet od počátečního okamžiku. Pokud motor startuje bez zatížení, není startovací kapacita vyžadována.

Pro získání rozběhového momentu blízkého jmenovitému stačí mít rozběhovou kapacitu určenou vztahem Sp.=(2.5-3) Prům.

Provozní napětí kondenzátorů by mělo být 1,5krát vyšší než napětí sítě.

Schéma zapojení

Obr. 1

1. Schéma připojení třífázového asynchronního motoru do jednofázové sítě se statorovými vinutími zapojenými do hvězdy (a) nebo trojúhelníku (b): Obr.

• B₁ Přepínač směru otáčení (zpět)
• В₂ — Spínač startovací nádrže;
• С_р – pracovní kondenzátor;
• C_п – startovací kondenzátor;
• AD je asynchronní elektromotor.

2) Asynchronní elektromotor napájený z jednofázové sítě se dvěma vinutími na statoru, z nichž jedno je připojeno přímo k síti a druhé v sérii s elektrickým kondenzátorem pro vytvoření rotujícího magnetického pole. Kondenzátory vytvářejí fázový posun mezi proudy vinutí, jejichž osy jsou posunuty v prostoru. Největší krouticí moment se vyvine, když je fázový posun proudů 90° a jejich amplitudy jsou zvoleny tak, aby se točivé pole stalo kruhovým. Při spouštění kondenzátorového asynchronního motoru se oba kondenzátory zapnou a po zrychlení se jeden z kondenzátorů vypne; to je způsobeno tím, že při jmenovitých otáčkách je potřeba podstatně menší výkon než při rozběhu. Kondenzátorový asynchronní elektromotor se svými rozběhovými a provozními charakteristikami blíží třífázovému asynchronnímu motoru. Používá se v elektrických pohonech s nízkým výkonem; při výkonech nad 1 kW se používá zřídka kvůli značné ceně a velikosti kondenzátorů.

Schéma zapojení

Obr. 2

Obr. 2. Schéma (a) a vektorové schéma (b) kondenzátorového asynchronního motoru:

• U U_Б, NEBO_C – napětí;
• I_A, I_Б – proudy;
• A a B – vinutí statoru;
• B – odstředivý spínač pro odpojení C₁ po zrychlení motoru;
• C₁ a C₂ – kondenzátory.

Nejpoužívanějším obvodem frekvenčního měniče je dvoučlánkový napěťový střídač. Zařízení se skládá z usměrňovače, kapacitního stejnosměrného meziobvodu a invertoru s tranzistorovými spínači.

Účel kondenzátoru v obvodu:

• Vyhlazení vlnění způsobeného provozem usměrňovače.
• Eliminace přepětí způsobených přepínáním výkonových spínačů měniče a provozem na proměnnou zátěž.

Uvažujme metodiku výběru kapacity kondenzátoru pro stejnosměrný meziobvod frekvenčních měničů.

Napětí ve stejnosměrném meziobvodu se skládá z nízkofrekvenční a vysokofrekvenční složky. Počet nízkofrekvenčních vlnění v jedné periodě síťového napětí je určen výrazem:

Kde jsou proměnné definovány níže uvedeným grafem:

V době, kdy jsou hodnoty napětí na kondenzátoru a za usměrňovačem stejné, je kondenzátor nabitý. Úhel náboje kapacitního prvku je definován jako:

Kde

V tomto případě se pulzace vypočítají pomocí vzorce

Hodnota kapacity kondenzátoru pro snížení nízkofrekvenčního zvlnění se vypočítá na základě výrazu:

Tímto způsobem je určena kapacita pro snížení nízkofrekvenčního zvlnění ve stejnosměrném meziobvodu. Jeho hodnota se ukazuje jako poměrně významná, což zvyšuje velikost a hmotnost frekvenčního měniče. V praxi se ke snížení zvlnění často používají obvody vícepulzního usměrňovače.

Výpočet kondenzátoru pro snížení vysokofrekvenční složky

Elektromotory mají značnou indukčnost a jsou klasifikovány jako reaktivní zátěže. Při připojení frekvenčního měniče dochází ve stejnosměrném meziobvodu k pulzním vysokofrekvenčním přepětím, jejichž hodnota dosahuje značných hodnot, zejména při častém brzdění a reverzaci motorů. Aby se předešlo zhroucení výkonových tranzistorů, vypočítá se kapacita kondenzátoru pomocí následující metody.

K vysokofrekvenčnímu přepětí dochází, když je kapacitní prvek nabíjen na straně zátěže, zatímco proud protéká obráceně zapojenými diodami. Hodnota kapacity se vypočítá na základě hodnoty výstupního proudu, typu zátěže a řídicího algoritmu pro otevírání a zavírání tlačítek:

, kde In je proud výstupního obvodu převodníku a je velikost zvlnění na kondenzátoru.

Metodika výběru kondenzátoru frekvenčního měniče podle ekvivalentního obvodu elektromotoru ve tvaru „L“.

Pro stanovení kapacity měniče s funkcemi dynamického brzdění byla navržena metoda stanovení kapacity stejnosměrného meziobvodu na základě energie magnetického toku.

K tomuto účelu se používá ekvivalentní obvod motoru ve tvaru „L“.

r 1 a r 2 jsou odporové odpory rotoru a statoru, rm, xm jsou aktivní a indukční odpory magnetizačního obvodu, x 1 a x2 jsou komplexní odpory stacionárních a rotujících částí elektrického stroje. S – prokluz motoru.

Energie k vytvoření magnetického toku se vypočítá podle vzorce: ; kde I je proud naprázdno, m je počet fází, Lm je indukčnost.

Proud naprázdno je určen hodnotami napětí a odporu podle ekvivalentního obvodu podle výrazu:

Když jsou horní diody zavřené, kapacitní prvek se nabíjí přes obvod invertoru a spodní elektronické ventily. K vybití dochází v okamžiku, kdy se tranzistor rozepne, když proud protéká přímo připojenými diodami. Množství energie při vybíjení kondenzátoru se určí na základě vztahu: a určí se kapacita kondenzátoru.

Závěr

Způsob výpočtu kapacitního prvku ve stejnosměrném meziobvodu se volí podle provozního režimu elektromotoru.

U frekvenčních měničů pro měnič pracující v normálním režimu se používá metoda ke snížení zvlnění nízké frekvence. U frekvenčních měničů motorů s brzdnými režimy se používá metoda snížení vysokofrekvenční složky pro rozptýlení nadměrného proudu. Pro invertorové elektrické pohony s výrazně omezenou dobou brzdění, zpomalením v režimu generátoru, se používá technika s ekvivalentním obvodem ve tvaru „L“.