Инверторный электрический двигатель
В наше время возникает много современных разработок. Одно из последних трендов – инверторный мотор, который стали устанавливать в крупной домашней технике. Обещают при этом достаточно, но все ли правда.
Что такое инверторный мотор
Большая часть техники имеет у себя в составе электрические двигатели и крайне желательно чтобы двигатели имели разную частота вращения. Этим они предоставляют различные рабочие режимы и чем больше разных скоростей, тем лучше. Вообще, скорость мотора менять можно двумя вариантами – меняя частоту или напряжение. Прежде, до возникновения инверторных двигателей, её меняли с помощью реостата, другими словами изменяли напряжение. Пределы изменений были маленькие и плавной регулировки практически не получалось. Медленно настраивать скорость позволяли только коллекторные двигатели. Однако они на больших оборотах имеют небольшой момент, что уменьшает их использование. Также имеют коллектор, так что не очень долговечные и надёжные.
Главное отличие – способность регулировать скорость в больших пределах
Несколько десятков лет тому назад, с появлением полупроводниковых приборов, активно начали использовать преобразователи частоты. Данные устройства дают возможность менять частоту и напряжение в широких пределах, это от 1 Гц до 500 Гц. Другими словами, инверторный мотор питается не прямо от сети, а со встроенного в него преобразователя. В зависимости от текущего рабочего режима он сформировывает напряжение необходимой частоты и/или уровня. Другими словами, инверторный мотор — это, как минимум, два устройства в одном корпусе: преобразователь частоты и сам мотор.
Инверторными могут быть два типа двигателей: асинхронные и коллекторные постоянного тока. Применение такой технологии дает возможность получить большой диапазон скоростей и возможность точного поддержания скорости. Также, инверторный блок может увеличивать/уменьшать напряжение, что дает возможность получить требуемый вращающий момент. Это все, несомненно, в конкретных пределах, но общие характеристики инверторных электрических двигателей становятся намного лучше. Правда и стоимость на них тоже намного выше, как и сложность управления.
Ключевые моменты работы преобразователя
Инверторный преобразователь меняет напряжение поэтапно:
- Выпрямляет сетевое напряжение, получая постоянное (в большинстве случаев стоит диодный полумост или мост).
- Из постоянного напряжения сформировывает двухполюсные импульсы (позитивные и негативные). Это блок называют преобразователем напряжения, что и дало наименование самому принципу, блоку и мотору с вмонтированным преобразованием.
Вот на данном шаге и сформировывается требуемая частота и напряжение питания, которое потом и подаётся на мотор. У конкретных преобразователей напряжения есть ещё одна ступень изменения, на которой ступенчатые импульсы превращаются в синусоиду. Так как форма напряжения на работу мотора воздействия практически не оказывает, этот блок в инверторных двигателях отсутствует.
Блок схема частотного преобразователя и способ его подсоединения к двигателю
В «умной» технике, работой которой управляет процессор, он задает параметры напряжения, регулируя частота вращения в зависимости от программы или от состояния техники. Сам рабочий принцип мотора от наличия преобразователя напряжения не зависит, однако данный дополнительный блок позволяет управлять работой электрического мотора в широких пределах.
Характерности использования
Преобразователь частоты включают, как правило, с асинхронными двигателями. Они дешевые, надёжные, экономны. Модели с короткозамкнутым ротором бесколлекторные, что их делает ещё намного лучшими. Имеют асинхронные двигатели два минуса, которые как раз, преобразователем напряжения и убираются. Первый серьёзный недостаток – большой пусковой ток. Он может быть в 3-7 раза больше номинального. Более того, внезапный старт с подачей питания 220/380 В ведёт к перегрузке, а это означает и к быстрому изнашиванию мотора. Установив преобразователь частоты, при пуске переводим переключатель на минимум и понемногу доводим обороты до необходимого значения. Пусковой ток при этом очень маленький, а разгон плавный. Ни токи пуска, ни перегрузки не страшны.
Платой за правильное регулирование скорости считается более сложное управление
Второй негативный момент – настраивать частота вращения ротора в асинхронных двигателях выходит слабо, однако это без преобразователя напряжения. Инверторный асинхронный мотор дает возможность менять скорость от десятков оборотов за минуту, до тысяч. И это все медленно, без перегрузок.
Но инверторный мотор намного дороже «обыкновенного» с точно аналогичными параметрами. Дело в добавочном оборудовании, причём совсем недешёвом, но применение такой технологии имеет собственные плюсы.
В кондиционерах
Как работает традиционный климатический прибор? Нагнетатель воздуха в нём то включается, то отключается. Температура стала на градус выше заданной, нагнетатель воздуха включился, работает пока она не станет на один градус ниже заданного предела. Включается опять, когда температура опять будет ниже предела. И каждое включение/включение – это стартовый ток, перегрузки.
Как работает климатический прибор с инверторным мотором и обыкновенным
Если в кондиционере стоит инверторный преобразователь, он просто задаёт скорость работы нагнетателя воздуха таким образом, чтобы температура сохранялась. Это уменьшает расход электроэнергии (нет пусковых неоднократно возросших токов), оборудование работает в легком режиме без перегрузок, что увеличивает эксплуатационный срок.
В машинах для стирках
Применяют инверторные моторы и в машинах для стирках. В машинах для стирках «обыкновенного» класса ставят коллекторные электрические двигатели. Они могут разгоняться до больших скоростей (до 10000 об/ми), имеют неплохой вращающий момент на большой скорости. Их недостаток – высокий уровень шумов, так как, не считая ремённой передачи шумят еще и сами щётки. Как их не притирай, коллекторный узел все равно шумит. И чем больше частота вращения, тем больше уровень шумов. И он имеет высокую тональность, так что с ним весьма не легко примиряться.
Инверторный мотор имеет маленький размер и солидную мощность, но так ли важно это в корпусной технике
Останние годы возникли машины стиральные с очень малым уровнем шума. В них установлены асинхронные двигатели с инверторным блоком. До недавнего времени асинхронники не применялись, так как максимально способны развивать скорость до 3000 оборотов, что для нормального отжима недостаточно. Данный недостаток получилось обойти применяя преобразователь напряжения при входе. Он дает возможность повысить скорость электрического двигателя до крупных величин. В двигателях нового поколения применяется особенный ротор – цельнолитой, это дало возможность сделать меньше размеры мотора. А так как в таких моторах нет коллектора и щёток, то и шумят они во время работы совсем несущественно. Частотная регуляция частоте вращения дает возможность точно контролировать число оборотов.
Если вы готовы оплачивать за бесшумную работу — пожалуйста
Но платой за это все считается более сложное управление. Для управления инверторным электрическим двигателем в машине для стирки стоит отдельная плата. И ее цена равна 1/3 или 1/4 стоимости всей машины. Вот в данном варианте необходимо тщательно обдумать, нужно ли приобретать стиралку с инверсионным двигателем либо нет. Слишком не дешевый ремонт, да и цена самого агрегата намного выше. А то, что на мотор дают 10 лет гарантии так это не на плату, а на сам мотор. А в плюсах только более бесшумная работа.
Холодильники и морозилки с инверторными компрессорами
В холодильниках применяется тот же способ поддержания температуры, как и в кондиционерах. В камере холодильника размещён термодатчик, который через контакты включает и выключает нагнетатель воздуха. Точность поддержания температуры зависит от типа термодатчика, но в большинстве случаев составляет пару градусов, от трех до пяти. При подобной работе приличествуют все «красоты»: многократные токи пуска при включении, перепады напряжения сети, спровоцированные включением/выключением нагнетателя воздуха, шум.
В холодильниках и морозилках использование инверторных двигателей резонно
Холодильник с инверторным двигателем работает тише, так как нет резкого пуска. Нагнетатель воздуха начинает работать с небольших оборотов и понемногу выходит на нормальную скорость. Частота его работы зависит от температуры в камерах, но мотор останавливается чрезвычайно редко. Он, то работает на очень маленьких оборотах и вот тогда его практически неслышно даже вблизи, то чуть прибавляет скорости, и его можно услышать. Этот рабочий режим более благоприятен для мотора, он функционирует без пусковых перегрузок. И как ни удивительно, потребляют такие моторы меньше электрической энергии, снова-таки за счёт отсутствия пусковых токов. Ведь «традиционный» нагнетатель воздуха включается каждые пять-десять минут. Превышение нормативного расхода – 4-8 раз. Вот благодаря этому и достигается экономия. Так что инверторный электрический двигатель в холодильнике тоже оправдан, ну и плюсом, идет более бесшумная работа.
Минусы инверторных моторов
Главный минус инверторных двигателей – их стоимость. Да, однако она оправдана, так как в движке есть, по существу два устройства, преобразователь частоты (который сам стоит много) и мотор. Но технология эта несёт конкретные выгоды: снижение расхода электрической энергии за счёт минимизации пусковых токов, большой диапазон регулировок скорости, увеличение эксплуатационного срока (за счёт отсутствия пусковых перегрузок). Это все ясно, но существуют и недостатки и ограничения, о которых не очень часто говорят.
Инверторная технология хороша для стабилизации напряжения, заодно она ещё решает иные задачи
- Не все моторы спокойно реагируют на работу с невысокими оборотами. Если этот режим будет продолжительным, лучше искать специализированные модели под невысокие обороты.
- Каждый мотор имеет самую большую скорость, которую лучше не превосходить. Она указана на шильдике мотора и больше скорость лучше не задавать.
- На самых больших оборотах в большинстве случаев падает вращающий момент. Другими словами, с повышением оборотов нужно уменьшать нагрузку.
- При поломке инверторного мотора ремонт будет стоить дорого, даже в том случае, если «полетела» часть, с преобразователем напряжения совсем не связанная. Для определения поломки нужен более мастер профессионал (должен же он сделать вывод, что преобразователь напряжения в порядке), а цена услуг его выше.
Как можно заметить, инверторный мотор неидеальное решение, но довольно хорошее. Ключевой плюс – большой диапазон регулирования скорости мотора, точное поддержание этой скорости. Для асинхронных двигателей использование инверторной технологии значит ещё и минимизация пусковых токов и перегрузок. В общем, инверторный мотор прекрасен там, где двигатели часто включаются/отключаются. Это холодильники, кондиционеры, станки, транспортёры и остальное оборудование, которое прежде работало на асинхронных двигателях.
Не во всей технике установка преобразователя напряжения нужна
Ещё инверторные двигатели (или преобразователи частоты к обыкновенному двигателю) необходимо применять там, где от продуктивности/скорости зависит результативность рабочего процесса. К примеру, подающие насосы, которые должны поддерживать определённое давление в сети и должны реагировать/медленно менять скорость. Ещё инверторный мотор может быть важен в подъёмной технике. Вот например, для раздвижных или подъёмных ворот. Возможность менять скорость и развивать прекрасное усилие на малых оборотах важно.