Преимущества частотно - регулируемого привода

 

176 

 

  

Рисунок 6. Изменение мощности для различных типов сети 

 

- управление частотой вращения позволяет использовать насос с высоким КПД. Эксплуатация 

вне оптимальной рабочей зоны уменьшает срок службы подшипников и уплотнений насоса.  

Для регулирования частоты вращения электродвигателей компания Schneider Electric предлагает 

преобразователи частоты Altivar 61, специально разработанные для насосных приложений [2]. 

Использование частотно - регулируемого привода в насосных установках позволяет уменьшить 

энергопотребление  в  промышленности.  Экономия  энергии  особенно  существенна  в  тех  случаях, 

когда  базовая  величина  подачи  не  постоянна,  а  варьируется  в  значительных  пределах. 

Инвестированные  в  частотно  -  регулируемый  привод  средства  окупаются  очень  быстро  и 

впоследствии приносят значительную экономию. Кроме того, значительно уменьшается вероятность 

возникновения механических проблем (гидроудар, кавитация, броски момента) благодаря плавному 

разгону  и  замедлению  электродвигателя  и  увеличивается  срок  службы  оборудования.  А  также, 

управление  технологическим  процессом  значительно  улучшается  и  упрощается,  поскольку 

появляется возможность наилучшим образом регулировать подачу и давление «текучей среды».  

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. – М.: 

Энергоатомиздат, 2006, 360 с. ил. 

2. Техническая коллекция Schneider Electric, выпуск №27, 2009.  

www.schneider-electric.ru  

 

Байназарова Л.А., Сәлменов М.М. бакалавр 

Сорап қондырғыларындағы реттелетін жетек  

Аңдатпа.  Мақалады  центробежды  механизмдер  жұмыстарының  әртүрлі  режимдері  суреттеледі  және 

жетектің  айналу  жиілігін  өзгертуді  басқару  кезінде  электр  энергиясын  үнемдеудің  шамалық  бағалауы 

орындалған.  Сондай  ақ,  энергоэффектілік  мәселелеріне  қатынасты  жиілікті  түрлендіргіштердің  басқа  да 

жетістіктерін қарастырылған. 

Түйінді сөздер. Энергоэффектілік; жиілікті-реттелетін жетек; жиілікті түрлендіргіш;  сорап.  

 

Bainazarova L.A., Salmenov M.M. 

Adjustable drive in pumping installations 

Annotation. In this article the different modes of operations of centrifugal mechanisms are described and the 

quantitative  estimation  of  economy  of  electric  power  is  produced  at  a  management  by  the  change  of  frequency  of 

 

177 

rotation of drive. Other advantages of transformers of  frequency are also examined as it applies to  the questions of 

energy efficiency. 

Key words. Energy efficiency; VFD frequency converter and the pump. 

 

 

УДК 621.317 

 

Балгаев Н.Е., Оспанов Ж.А.  

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,  

г. Алматы, Республика Казахстан 

e-mail: aurum_1983.22@mail.ru  

 

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА 

   

Аннотация. В статье приведены и анализированы основные типы преобразователей тока, применяемые 

в  системах  электроснабжения.  Приводится  принцип  работы  гальваномагнитных  преобразователей  на  основе 

эффекта Холла и конструкции новых гальваномагнитных преобразователей токов. 

Ключевые  слова:  преобразователи  тока,  бесконтактные  преобразователи  тока,  трансформаторы  тока, 

гальваномагнитные преобразователи тока. 

 

В  системах  управления  устройствами  электроснабжения  и  схемах  управления  силовыми 

электрооборудованиями  широко  применяются  преобразователи  постоянных  и  переменных  токов. 

Существующие  в  настоящее  время  преобразователи  тока  (ПТ)  подразделяются  по  способу  их 

включения в измеряемую цепь на два больших класса: контактные и бесконтактные преобразователи 

тока [1]. 

Принципиально  для  измерения  токов  можно  использовать  электротепловые  и 

электрохимические  эффекты,  но  из-за  сложности  осуществления  и  низких  метрологических 

характеристик они не нашли практического применения. 

По  типу  используемых  магниточувствительных  элементов  бесконтактные  ПТ  делятся  на 

электрометрические,  электромеханические,  индукционные,  гальваномагнитные,  магниторезонансные  и 

магнитооптические ПТ. По типу преобразования они подразделяются на ПТ прямого преобразования и 

уравновешивающего преобразования. 

Сравнительный  анализ  основных  характеристик  существующих  типов  ПТ  показал,  что 

контактные преобразователи, несмотря на инвариантность показаний к внешним магнитным полям и 

ферромагнитным  массам,  отсутствие  потребности  к  вспомогательным  источникам  питания,  имеют 

относительно  большую  массу  и  потребляемую  мощность,  низкую  надежность,  их  практически 

невозможно  применять  в  системах  контроля и управления, цепях высокого напряжения,  а  также  

они  обладают  большими динамическими погрешностями [1]. 

Физической  основой  построения  электромеханических  ПТ  является  силовое  взаимодействие 

преобразуемого тока со вспомогательными магнитными полями или ферромагнитными массами. Они 

обладают рядом преимуществ, такими как простота конструкции, высокая надежность, абсолютная   

автономность   и   возможностью  преобразования  постоянного, переменного и импульсного токов. 

Этим  объясняется  тот  факт,  что  в  настоящее  время  большинство  промышленных  клещевых  ПТ  на 

токи  от  10 до 5000 А изготавливаются на основе электромеханического измерительного механизма. 

Однако клещевые электромеханические ПТ имеют сравнительно невысокую точность (2-5%), в связи 

с  этим  их  основным  назначением  является  измерение  токов  в  различных  цепях  при  наладочных  и 

ремонтных работах [1]. 

Одной  из  самых  весомых  компонентов  основной  погрешности  электромеханических  ПТ  – 

вариация  показаний,  обусловлена  магнитным  гистерезисом  и  остаточной  намагниченностью 

магнитопровода.  Эти  явления  проявляются  в  том,  что  показания  прибора  при  одном  и  том  же 

значении измеряемого тока  оказываются различными в зависимости от того, получены ли  они при 

возрастающих или убывающих значениях тока. Вследствие недостатков электромеханические ПТ не 

нашли широкого применения в системах контроля и управления. 

Для  преобразования  токов,  особенно  сверхбольших,  применяются  магнитные  компараторы 

тока,  принцип  действия  которых  основан  на  уравновешивании  МДС  измеряемого  тока  в 

охватывающем шину ферромагнитном сердечнике МДС известного переменного тока, протекающего 

через  витки  уравновешивающей  обмотки.  Магнитные  компараторы  тока  обладают  высокой 

чувствительностью и обеспечивают преобразование токов с погрешностью в сотые доли процента. Их 

 

178 

существенными недостатками являются сложность процесса измерения и трудность применения для 

непрерывных  измерений  токов.  Поэтому  наиболее  совершенные  компараторы  тока  нашли 

применение  только  для  целей  градуировки  и  поверки  технических  средств  измерений  токов,  как 

наиболее точные, чем другие известные типы ПТ [1]. 

Анализ  существующих  и  применяемых  преобразователей  токов  показал,  что  наиболее 

распространенными  преобразователями  являются  индукционные  трансформаторы  тока  (ТТ) 

промышленной  частоты.  ТТ  –  по  существу,  измерительное  устройство.  В  нем,  как  и  во  всяком 

трансформаторе, происходит преобразование электрической энергии и выдается известная мощность. 

Однако  главной  целью  этого  устройства  является  не  отдача  мощности,  а  выдача  измерительной 

информации. Поэтому основное в ТТ, как и в любом измерительном информационном устройстве – 

его  точность,  т.е.  точность  и  постоянство  коэффициента  трансформации  (чувствительности)  в 

различных  режимах  его  работы,  минимальные  искажения  фазного  угла  преобразуемого  тока, 

отсутствие  искажений  формы  кривой  тока,  удовлетворительные  динамические  характеристики. 

Поэтому  ТТ  рассматривается,  в  основном,  как  электромагнитный  измерительный  элемент  систем 

контроля  и  управления,  характеризуемый  статическими,  динамическими  и  метрологическими 

характеристиками [1]. 

Все  другие  бесконтактные  ПТ  требуют  дополнительного  источника  питания  того  или  иного 

рода,  что  усложняет  схему  и  снижает  надежность.  В  настоящее  время  на  предприятиях  в 

эксплуатации находятся несколько сот тысяч ТТ с номинальными первичными токами от 25 до 3 кА 

(наиболее  распространенная  номенклатура).  Относительно  менее  многочисленны  ТТ на  первичные 

токи от 3 кА до 10 кА и ещё менее распространены ТТ на токи 20-50 кА. 

Основными  недостатками  ТТ  являются  их  непригодность  для  преобразования  постоянных 

токов и большая потребляемая мощность. 

Начиная с середины прошлого века начали внедряться ПТ, основанные на гальваномагнитных 

эффектах  Холла  и  Гаусса.  Принцип  действия  ПТ  Холла  состоит  в  том,  что  на  краях  проводящей 

пластины, помещенной в магнитное поле, появляется ЭДС при условии, что по пластине протекает 

электрический  ток.    При  этом  используются  два  метода  измерения.  Первый  –  прямое  измерение 

напряженности  магнитного  поля,  создаваемого  протекающим  током.  Второй  –  компенсационный 

способ  измерения  тока,  который  состоит  в  том,  что  магнитное  поле  в  магнитопроводе  вокруг 

проводника  с  током  уравновешивается  магнитным  полем  компенсационного  тока  в  специальной 

обмотке  на  магнитопроводе,  в  результате  чего  элемент  Холла  (ЭХ),  находящийся  в  зазоре  этого 

магнитопровода,  работает  как  нуль-орган,  что  в  конечном  итоге  позволяет  повысить  точность 

измерения тока. 

Существенные  достоинства  гальваномагнитных  ПТ  –  малые  габариты  и  потребляемая 

мощность, возможность питания их от стандартного источника постоянного напряжения в диапазоне 

5-12 В, совместимость по питанию и выходным сигналам со стандартными интегральными схемами, 

высокая  надежность  при  соответствующем  использовании,  относительно  низкая  стоимость  и 

возможность  использования  их  в  системах  контроля  и  управления  постоянных,  переменных  и 

импульсных параметров и величин. 

В последние годы были разработаны несколько оригинальные конструкции гальваномагнитных 

ПТ, которые имеют широкий диапазон измерений токов. Конструктивное исполнение одного из этих 

преобразователей приводится в рисунке 1. ПТ состоит из двух С–образных магнитопроводов 1 и 2, 

соединенных  между  собой        ферромагнитными  перемычками  3  и  4,  параллельность  которых 

обеспечивается  с  помощью  клиньев  5  и  6  из  изоляционного  материала.  ЭХ  7  расположены  в 

воздушном  зазоре  между  перемычками  3  и  4  и  соединены  между  собой  последовательно-согласно 

(рисунок 1, б). На магнитопроводах 1 и 2 расположены первичные обмотки 8, которые в зависимости 

от величины преобразуемого тока могут быть выполнены в виде одной шины 9 [2]. 

Недостатками этого  устройства являются большой габаритный размер в осевом направлении, 

относительно  низкая  чувствительность  и  точность  преобразования.  Низкая  чувствительность 

объясняется  маленьким  значением  магнитной  индукции  в  рабочем  зазоре,  а  низкая  точность 

обусловлена неравномерным распределением магнитного поля в рабочем зазоре по длине установки 

элементов  Холла.  Неравномерность  магнитного  поля  обусловлена  влиянием  магнитного 

сопротивления ферромагнитных перемычек. 

 

 

179 

а

)                           

 

 

б

)        

 

 

Рисунок 1. Гальваномагнитный ПТ с двумя С-образными магнитопроводами: 

1 и 2 - С-образные магнитопроводы; 3 и 4 – ферромагнитные перемычки; 5 и 6 – клины;  

7 –ЭХ; 8 – первичная обмотка; 9 – шина

 

 

Задача  изобретения  –  уменьшение  габаритных  размеров,  повышение  чувствительности  и 

точности гальваномагнитного ПТ. 

Поставленная  задача  решается  тем,  что  в  гальваномагнитном  ПТ,  содержащем  первичную 

обмотку,  равномерно  намотанную  на  магнитопровод,  выполненного  в  виде  двух  параллельно 

расположенных  незамкнутых  колец,  соединенных  между  собой  ферромагнитной  перемычкой,  ЭХ, 

собранные  из  последовательно  соединенных  звеньев  и  расположенных  в  рабочем  зазоре, 

ферромагнитная  перемычка  соединяет  одну  пару  разноименных  концов  колец,  в  кольцевом  зазоре 

между образующими поверхностями которых расположены  ЭХ, а первичная обмотка одновременно 

охватывает оба кольца магнитопровода [3]. 

Благодаря этим конструктивным изменениям длина ферромагнитной перемычки существенно 

сокращается, в результате чего уменьшается продольный габаритный размер устройства. Повышение 

чувствительности достигается суммированием намагничивающих сил обоих колец магнитопровода, а  

повышение  точности  достигается  получением  более  равномерного  магнитного  поля  по  кольцевому 

рабочему  зазору,  при  этом  там  где  установлены  ЭХ  магнитное  сопротивление  на  пути  любого 

рабочего магнитного потока одинаково. 

На  рисунке  2  приведены  конструктивные  схемы  предлагаемого  гальваномагнитного  ПТ:             

а

  -  конструктивная  схема  ПТ  с  двумя  кольцами; б  -  конструктивная  схема  ПТ  с    тремя  кольцами;              

в

 - схема соединения ЭХ. 

Гальваномагнитный  ПТ  (рисунок  2,  а)  содержит  первичную  обмотку  1,  намотанную  на 

магнитопровод,  выполненный  в  виде  двух  параллельно  расположенных  незамкнутых  колец  2  и  3, 

разноименные концы (А и В) которых соединены между собой ферромагнитной перемычкой 4. ЭХ 5, 

собранные  из  последовательно  соединенных  звеньев,  расположены  в  кольцевом  рабочем  зазоре 

1



 

между образующими поверхностями колец 2 и 3. При преобразовании относительно больших токов 

роль первичной обмотки выполняет токопроводящая шина 6, проходящая через магнитопровод. 

 

180 

1

2

3

4

6

5

I

1

I

1

d

1

d

2

A

A

B

B

 

1

2

3

4

9

6

7

8

5

I

1

I

1

d

1

d

2

A

A

A

B

B

B

 

а

) 

б

) 

 

 

в

) 

Рисунок 2. Конструктивная схема гальваномагнитного ПТ по [3]: а - датчик с двумя кольцами; 

 б - датчик с  тремя кольцами; в - схема соединения ЭХ

 

 

При необходимости дальнейшего увеличения выходного сигнала в магнитопровод может быть 

добавлено  третье  незамкнутое  кольцо  7  (рисунок  2,  б),  соединенное  разноименными  концами  с 

предыдущим  кольцом  3  ферромагнитной  перемычкой  8,  а  в  образовавшемся  дополнительном 

кольцевом зазоре должны быть установлены дополнительные ЭХ 9. 

Предложенный гальваномагнитный ПТ работает следующим образом. 

При прохождении преобразуемого тока через первичную обмотку 1 (токопроводящую шину 6) 

в  обоих  кольцевых  магнитопроводах  2  и  3  создаются  намагничивающие  силы 

1

F

  и 

2

F

,  которые 

благодаря  соединению  колец  между  собой  разноименными  концами  с  помощью  ферромагнитной 

перемычки  4  складываются.  Под  действием  результирующей  намагничивающей  силы  образуется 

магнитный поток Ф, который, охватывая шину 1 с током, замыкается через кольцевой рабочий зазор, 

где установлены ЭХ 5. 

При  этом  на  выходе  ЭХ  появляется  ЭДС,  пропорциональная  магнитной  индукции 

В

  в 

кольцевом зазоре, равная 

Вn

I

К

Е

h

h



вых

, 

где 

h

K

 - коэффициент преобразования ЭХ; 

h

I

 - 

рабочий ток ЭХ; n -  число используемых ЭХ. 

Величина  Е

вых

 

оказывается  пропорциональной  преобразуемому  току 

1

I

,  а  чувствительность 

определяется  величиной  магнитной  индукции  в  кольцевом  рабочем  зазоре  и  количеством  ЭХ 

включенных последовательно. 

В  предлагаемом  конструктивном  исполнении  ГМДБТ  длина  ферромагнитной  перемычки,  в 

основном  определяющей  продольный  габаритный  размер  датчика,  существенно  сокращена. 

Повышение  чувствительности  достигается  суммированием  намагничивающих  сил  (магнитных 

потоков)  в  обоих  кольцах  магнитопровода.  Магнитное  сопротивление  на  пути  любого  магнитного 

потока, замыкающегося через кольцевой рабочий зазор 

1



 

)

(

1

2



 

, одинаково. В результате этого 

магнитное поле в кольцевом рабочем зазоре строго равномерное. Это позволяет преобразовать ток с 

минимальной погрешностью. 

ГМД  способен  преобразовать  постоянный,  переменный  и  импульсный  ток  в  напряжение, 

которое может быть использовано, как измерительный сигнал в системах автоматики, в частности, в 

системах  автоматического  управления  рабочими  режимами  устройств  (силовых  выпрямительных 

 

181 

устройств, трансформаторов, генераторов и электродвигателей) электроснабжения. 

Созданные  гальваномагнитные  ПТ  имеют  высокую  чувствительность  преобразования. 

Применение разработанного гальваномагнитные ПТ в системах контроля и управления устройствами 

электроснабжения  позволяет  повысить  точность  управления,  в  результате  чего  более  эффективно 

используются энергетические ресурсы системы электроснабжения. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Балгаев Н.Е. Гальваномагнитные датчики больших токов для систем контроля и управления. Дис. … 

канд. техн. наук. – Ташкент: ТашГТУ, 2011. – 193 с. 

2.  А.с.  847464.  Устройство  для  преобразования  постоянного  тока  в  переменный/  Н.А.  Ахроров,  А.М. 

Сафаров. – Опубл. в Б. И., 1981, №26. 

3. Патент РУз. № IAP 03591. Устройство для преобразования постоянного тока в переменный/  Амиров 

С.Ф., Халиков А.А., Балгаев Н.Е., Хушбоков Б.Х., Шойимов Й.Ю. Официальный вестник. – 2008. – №2. 

 

Балғаев Н.Е., Оспанов Ж.А. 

Энергия үнемдейтін гальваномагниттік ток түрлендіргіштері 

Түйіндеме.  Мақалада  электрмен  қамтамасыз  ету  жүйелерінде  қолданатын  ток  түрлендіргіштерінің 

негізгі  түрлері  келтірілген  және  сарапталған.  Холл  эффектіне  негізделген  гальваномагниттік 

түрлендіргіштердің  жұмыс  істеу  принципі  және  гальваномагниттік  ток  түрлендіргіштердің  жаңа 

конструкциялары келтірілген. 

Түйін  сөздер:  ток  түрлендіргіштер,  контактсыз  ток  түрлендіргіштері,  ток  трансформаторлары, 

гальваномагниттік ток түрлендіргіштері. 

 

Balgaev N.E., Ospanov J.A. 

Energy-saving galvanomagnetic converters of current 

Resume. In the article resulted and analyzed basic types of converters of current in applied in the power supplies 

systems. Principle of work of galvanomagnetic converters is brought on the basis of effect of Hall and construction of 

new galvanomagnetic converters of currents. 

Key words: converters of currents, noncontact converters of currents, transformers of currents, galvanomagnetic 

converters of currents. 

 

 

Ә

ОЖ 681.51:622.7 

 

Бердалы А.У., Адамбаев М.Д., Шынарбек Ш.Ә. 

Қ.И. Сәтбаев атындағы қазақ ұлттық техникалық университеті 

Алматы қ.,  Қазақстан Республикасы  

e-mail: adambaev_m@mail.ru 

 

жүктеу/скачать 37,51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: