Выбор преобразователя частоты для асинхронного двигателя

Содержание

Частотный преобразователь для электродвигателя 380 вольт

You are currently viewing Частотный преобразователь для электродвигателя 380 вольт

Частотные преобразователи для работы с асинхронными двигателями: какой частотник лучше выбрать и подключить

Трёхфазный асинхронный двигатель был создан в конце XIX столетия и на данном этапе развития человечества является одним из незаменимых элементов в современном промышленном производстве. Для обеспечения плавного пуска и остановки такого двигателя используется специальное устройство.

Называется оно — преобразователь частоты или частотник, если попроще. Для крупных двигателей с большой мощностью наличие такого преобразователя особенно актуально. С помощью частотников можно регулировать пусковые токи, что подразумевает осуществление таких манипуляций, как контроль и ограничение их величины.

Выбор преобразователя частоты для двигателя

You are currently viewing Выбор преобразователя частоты для двигателя

Пользователи, желающие осуществить выбор преобразователя частоты для двигателя, должны учитывать некоторые технические нюансы, например, тип нагрузки исполнительного механизма, характеристики источника питания и другие аспекты безопасности и обслуживания, чтобы обеспечить бесперебойную работу производственного предприятия и уменьшить время простоя оборудования.

Производственные предприятия нуждаются в постоянном увеличении уровня автоматизации для увеличения скорости выпуска продукции, что повышает их конкурентоспособность на рынке. Для частотно-регулируемого привода (ЧРП) характерно управление трехфазными двигателями на автоматизированных технологических установках, а также в коммерческих зданиях в системах вентиляции, кондиционирования и отопления. Важно, чтобы пользователи выбирали ЧРП, который соответствует потребностям их конкретных задач. Преимущества ЧРП включают в себя:

  • Регулировка скорости электродвигателя;
  • Повышение эффективности технологического процесса и мониторинга;
  • Контроль разгона и замедления двигателя; ;
  • Плавный запуск и отсутствие пусковых токов;
  • Возможность реверса без дополнительных контакторов.

При выборе преобразователя частоты необходимо определиться с 5 пунктами:

Выбор преобразователя частоты для асинхронного двигателя

Частотный преобразователь предназначен для изменения параметров тока, поступающего от электрической сети, до заданного значения с целью обеспечить оптимальный режим работы асинхронного электромотора. Это позволяет ограничить величину пускового тока, синхронизировать моменты силы и нагрузки на валу и с высокой точностью регулировать скорость вращения. При выборе частотника следует обращать внимание на разные факторы.

Наиболее распространенными электрическими машинами сейчас считаются асинхронные двигатели, которые часто можно встретить на производстве, а иногда и в быту. Они отличаются высокой эффективностью, несложной конструкцией и доступной стоимостью. Кроме того, вышедший из строя или ненадлежащим образом функционирующий асинхронный двигатель в большинстве случаев можно отремонтировать без особых усилий и материальных затрат. Но применение такого силового агрегата может быть ограничено из-за одной его особенности – высоких пусковых токов, затрудняющих регулировку оборотов и повышающих ударную механическую нагрузку на рабочие механизмы во время запуска оборудования. Чтобы пуск электропривода проходил более мягко, как правило, используется преобразователь частоты для асинхронного двигателя.

Частотным преобразователем принято называть устройство, предназначенное для изменения параметров тока, поступающего от промышленной электрической сети 380В, до заданного значения с целью обеспечить оптимальный режим работы асинхронного электромотора. Управление асинхронным двигателем с помощью частотника дает возможность ограничить величину пускового тока, синхронизировать моменты силы и нагрузки на валу и с высокой точностью регулировать скорость вращения. Можно даже подключить трехфазный электромотор к сети 220В без конденсаторов.

1. Нужно ли выбирать преобразователь частоты с запасом по мощности?

Выбирать преобразователь частоты с запасом по мощности не имеет практического смысла, крутящий момент на валу электродвигателя не определяется мощностью преобразователя частоты, а цена двух устройств близкого номинала отличаться на 10-20%. Выбирается номинал преобразователя частоты, прежде всего, по току электродвигателя. Номинальное значение тока преобразователя частоты должно быть незначительно больше или равно номинальному току электродвигателя.

Для некоторых серий частотных преобразователей производитель указывает две мощности, что это значит?

По характеру нагрузки электродвигателя существует два режима работы:

    Легкий режим работы, он же насосный или вентиляторный.
    Этот режим работы характерен для центробежных механизмов, момент нагрузки которых пропорционален квадрату скорости вращения рабочего колеса, а мощность, потребляемая центробежным механизмом, изменяется пропорционально кубу частоты вращения рабочего колеса, что позволяет применять частотные преобразователи меньшей мощности.

К примеру, модель частотного преобразователя Instart FCI-G3.7/P5.5-4B подходит для электродвигателя мощностью 3,7 кВт в общепромышленном режиме или 5,5 кВт в насосном режиме.

На что следует обратить внимание при выборе частотного преобразователя для электродвигателя

Внедрение частотных преобразователей везде, где используются электродвигатели, — верное решение на пути увеличения доходности предприятия. Благодаря гибкой настройке параметров управления и широкому диапазону регулировок современные частотные преобразователи позволяют ощутимо поднять производительность технологического оборудования различного назначения и снизить издержки даже для устаревшего оборудования.

В этой статье мы расскажем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя самостоятельно или при помощи специалистов.

Частотный преобразователь для асинхронного электродвигателя: выбор и расчёт, управление, сборка своими руками

Одним из главных недостатков асинхронных двигателей является сложность регулировки частоты вращения. Изменять её можно тремя способами: изменением количества пар полюсов, изменением скольжения и изменением частоты. В последнее время для регулирования скорости вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя частоту тока меняют с помощью частотных преобразователей для электродвигателя.

Для чего нужна настройка частотного преобразователя

После того как все электрические подключения выполнены, для ввода в эксплуатацию требуется настроить преобразователь частоты. Процесс заключается в четырех основных пунктах, это:

  • Настройка параметров электродвигателя – необходима для того, чтобы ПЧ адаптировался к конкретному двигателю.
  • Внесение параметров для пуска и останова двигателя – от этих настроек зависит время пуска и останова двигателя, а также режим управления.
  • Ввод защитных и ограничивающих уставок – на этом этапе определяется граничные значения различных параметров для защиты двигателя и самого частотника от выхода их из строя.
  • Программирование дополнительных функций – это самый объемный и непостоянный пункт, так как в каждой конкретной задаче будут использоваться свои функции.

Правильное выполнение всех этапов программирования ПЧ позволит электродвигателю функционировать в оптимальном и безопасном режиме, защитит его от выхода из строя.

Принцип действия преобразователя частоты

Принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя базируется на зависимости силового момента и оборотов вала от частоты напряжения источника питания. Следовательно, регулировка скорости вращения и мощности электромотора осуществляется путем изменения частоты подаваемого не него напряжения. Менять частоту можно несколькими способами.

Схема преобразователя, непосредственно связанного с электросетью, основывается на управляемом тиристорном выпрямителе, где блок управления генерирует импульсы, отпирающие поочередно полупроводниковые элементы. В результате такой работы преобразователя частоты для асинхронного силового агрегата на его обмотку поступает напряжение определенной частоты. Работа данной схемы отличается высоким коэффициентом полезного действия и стабильными функциональными показателями на небольших оборотах. Кроме того, во время торможения электромотора генерируемая электроэнергия возвращается в сеть. Но здесь есть и минусы – частота не меняется в большую сторону, а выходное напряжение имеет субгармоники, вызывающие электромагнитные помехи и перегрев обмоток.

Чтобы исключить вышеперечисленные недостатки, наиболее распространенные сейчас частотные преобразователи для асинхронных двигателей принцип работы получили на основе двойного преобразования.

Такая технология имеет ряд важных преимуществ:

  • возможность, как понижения, так и повышения частотных показателей;
  • образование на выходе напряжения правильной синусоидальной формы;
  • отсутствие гармоник высшего порядка;
  • высокоточная и плавная регулировка частоты поступающего на электромотор напряжения.

В состав частотных преобразователей такого типа входят три основных блока:

  1. Тиристорный (диодный) выпрямитель с фильтрами индуктивного, емкостного или комбинированного типа. Он предназначен для выпрямления и сглаживания напряжения от электросети.
  2. Инвертирующая часть для обратного преобразования постоянного в переменное напряжение. Фильтрация нежелательных для эффективной работы электромотора выходных помех высокой частоты и постоянной составляющей производится здесь же с помощью индуктивного элемента.
  3. Микропроцессорный блок управления, задающий нужную величину частоты тока и напряжения на выходе. Выходная токовая частота инвертора характеризуется шириной или продолжительностью управляющих сигналов. Такая система называется широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляцией. Посредством микропроцессора также обеспечивается связь с удаленными блоками управления, автоматический контроль над электрическими и механическими параметрами оборудования по обратной связи и прочее.

Принцип двойного преобразования здесь означает, что напряжение от источника питания сначала трансформируется в постоянное, а потом переводится в переменное напряжение нужной частоты.

Нагрузочные характеристики

Нагрузки могут быть разделены на 3 типа:

  • Переменный крутящий момент;
  • Постоянный крутящий момент;
  • Постоянная мощность.

Справочные таблицы в каталогах производителей приводов могут облегчить пользователям поиск нужной информации по характеристикам крутящего момента и мощности, необходимым для их задач. В таблице 1 приведено несколько примеров каждого из этих типов.

Тип нагрузки Механизмы Требования к перегрузке
Переменный крутящий момент Вентиляторы, воздуходувки, дымососы, центробежные насосы Легкая нагрузка. Легко запускается и имеет перегрузку не превышающую 110% в течение 1 минуты
Постоянный крутящий момент Конвейеры, насосы постоянного объема, мешалки, дробилки, мельницы и т.п. Тяжелая нагрузка. Крутящий момент постоянный, при нулевой скорости такой же, как при полной. Как правило перегрузка может составлять 150% в течение 1 минуты. Мощность изменяется линейно в зависимости от скорости вращения двигателя
Постоянная мощность Режущие и полирующие станки и механизмы Самая высокая потребляемая мощность и самая тяжелая нагрузка при самой низкой скорости работы

Наиболее важным фактором на этом этапе является согласование характеристики нагрузки с приводом. Привод следует подбирать так, чтобы его номинальный ток был равен или превышал номинальный ток двигателя в установившемся режиме.

2. Что выбрать: преобразователь частоты или устройство плавного пуска?

Устройство плавного пуска (УПП, софт-стартер) и преобразователь частоты два класса разных устройств, отчасти имеющие схожий функционал.

Подробно тему УПП мы разбирали в одной из прошлых статей «Устройство плавного пуска или Soft-Starter» , а вкратце скажем, что сравнивать цену двух разных устройств не имеет смысла. Исходить надо из решаемой задачи.

  • Основное назначение устройства плавного пуска (УПП) – снижать пусковые токи и потребляемую мощность в момент запуска электродвигателя. Устройство плавного пуска работает короткое время в момент запуска и фактически разгоняет электродвигатель до номинальной скорости, после чего коммутирует питание электродвигателя через обводной или встроенный байпас.
  • Основное назначение преобразователя частоты – регулировка скорости вращения выходного вала двигателя, преобразуя частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, преобразователь частоты работает непрерывно все время работы электродвигателя.

Понятие о принципе работы частотника

В последнее время на производстве стали широко использоваться высокочастотники, у многих неопытных новичков, встречающих их на практике, часто возникает вопрос, что такое частотный преобразователь и для чего он нужен. Достоинствами частотного привода для электродвигателя являются:

  • снижение электропотребления двигателем;
  • улучшение показателей работы: плавность запуска и регулировки скорости вращения;
  • исключение возможных перегрузок.

Плавность пуска обеспечивается преобразователем благодаря снижению с его помощью пускового тока, который без частотника превышает номинальный ток в 5–7 раз.

Основными частями в устройстве преобразователя являются инвертор и конденсаторы. Инвертор обычно выполнен из диодных мостов. Его задача — выпрямить напряжение на входе, которое может принимать значение 220В или 380В в зависимости от количества фаз, но сохранить при этом пульсации. Затем конденсаторы выпрямленное напряжение сглаживают и фильтруют.

Потом постоянный ток отправляется на микросхемы и выходные мостовые IGBT-ключи. Обычно мостовой IGBT-ключ — это шесть транзисторов, соединённых по мостовой схеме. Защиту от пробоя напряжения обратной полярности осуществляют диоды. В более ранних схемах вместо транзисторов были использованы тиристоры, значительными недостатками которых были некоторая замедленность в работе и помехи.

Благодаря этим устройствам возникает широтно-импульсная последовательность с необходимой частотой. На выходе частотника импульсы напряжения имеют прямоугольный вид. А после того как они проходят через обмотку статора, вследствие её индуктивности, принимают синусоидальный вид.

Чтобы понять, зачем нужен инвертор, необходимо уяснить, что ток бывает постоянным и переменным. И если преобразователи частоты используются при работе с переменным током, то для управления электромотором постоянного тока необходим электропривод постоянного тока. Он называется инвертором и его назначением в схеме является контроль тока возбуждения. И он также независимо от изменений нагрузки может поддерживать скорость вращения ротора в требуемых пределах и осуществлять его торможение.

Программируемые параметры частотника

Каждая конкретная модель частотника имеет свой функционал, который напрямую влияет на количество настроек устройства. При этом не все параметры требуют программирования, а часто являются лишь дополнительной функцией.

Используя вышеописанную классификацию, опишем основные настраиваемые параметры ПЧ:

  • Номинальные характеристики электродвигателя – находятся на шильдике мотора:
    • Напряжение;
    • Частота;
    • Скорость;
    • Мощность;
    • Значение cos φ – не является обязательным;
    • Крутящий момент – не является обязательным.
    • Команда пуска/останова – откуда будет происходить запуск ПЧ;
    • Время разгона или кривая разгона – за какое время двигатель должен выйти на заданную скорость вращения;
    • Время торможения или кривая торможения – за какое время на двигатель должна прекратиться подача питающего напряжения.
    • Минимальные и максимальные значения частоты, скорости, крутящего момента, тока;
    • Тепловая защита двигателя;
    • Время работы при увеличенном или уменьшенном напряжении;
    • Защита от обратного пуска.
    • ПИД регуляторы;
    • Передача данных;
    • Настройка аналоговых и дискретных выходов;
    • Различные режимы работы.

    Частотный преобразователь: понятие

    Частотный преобразователь — это электронное устройство для изменения частоты электрического тока.

    Если рассматривать упрощённо, то при включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

    princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_1f – частота сети (в России принят стандарт частоты = 50 Гц);

    p – число пар полюсов электродвигателя.

    Как видно из формулы – если изменить частоту электрического напряжения на входе, то меняется скорость вращения магнитного поля статора, а, следовательно, и скорость вращения самого электродвигателя.

    Для обеспечения оптимальных условий работы асинхронного двигателя, кроме частоты, необходимо изменять и напряжение на двигателе в соответствии с законом М.П. Костенко.

    Для наглядности можно сравнить преобразователь частоты с педалью газа (акселератора) в автомобиле. Увеличивая (уменьшая) частоту напряжения на входе, мы увеличиваем (уменьшаем) скорость вращения электродвигателя насоса (вентилятора и др.)

    Выбор частотника

    Производители таких приборов делают упор на стоимость частотных преобразователей. Из этого следует, что многие опции, которые имеются у более дорогих моделей, на дешёвых моделях преобразователей уже не будут присутствовать. Перед выбором нужного прибора следует обратить внимание на технические характеристики всех имеющихся моделей, представленных в ассортименте, а также на основные требования для конкретного использования.

    • Управления может осуществляться двумя способами: векторным и скалярным. Векторное управление предоставляет возможность точной регулировки. Принцип работы скалярного управления заключается в поддержании одного соотношения между напряжением и частотой на выходе, заданного пользователем. Скалярное управление не подходит для сложных устройств и используется на более простых устройствах вроде вентилятора.
    • Чем выше указанная в характеристиках мощность, тем выше универсальность преобразователя. Это означает, что это обеспечит взаимозаменяемость. К тому же обслуживание такого устройства будет проще.
    • Непременно следует обратить внимание на указанный диапазон напряжения сети. Он должен быть максимально широким, что обеспечит безопасность при перепадах его норм. И нельзя не упомянуть тот факт, что повышение намного опаснее, чем понижение. При повышении могут взорваться сетевые конденсаторы.
    • Указанная частота обязательно должна соответствовать всем производственным потребностям. На диапазон регулирования скорости привода указывает нижний предел. При надобности в более широком следует прибегнуть к векторному управлению. Практическое применение предусматривает применение таких частот, как: от 10 до 60 Гц. Редко, но встречаются и до 100 Гц.
    • Осуществление управление предусматривает использование различных входов и выходов. Чем их больше, тем, конечно же, лучше. Но нужно брать вниманию, что при большем количестве входов и выходов, значительно увеличивается стоимость частотного преобразователя, а также усложняется его настройка.
    • Внимание также следует обратить и на шину управления подключаемого оборудования. Она должна совпадать с возможностью схемы частотника по количеству входов и выходов. Также не стоит забывать о том, что лучше иметь в наличии небольшой запах для возможной модернизации.
    • Не стоит забывать и о перегрузочных возможностях устройства. Рекомендуется выбирать частотный преобразователь, обладающий мощность, которая будет на 15 % больше мощности используемого двигателя. Настоятельно рекомендуется прочесть инструкции, прилагающуюся к частотнику в комплекте. Производители непременно указывают в документации к устройству все его основные параметры. В том случае, если важны пиковые нагрузки, то следует обратить при выборе устройства внимание на реальные показатели тока и величины, указанные в качестве пиковых. В этом случае нужно выбрать преобразователь с показателями пикового тока, которые будут на 10% выше, чем указанные в документации.

    Характеристики источника питания ЧРП

    Как только нагрузка определена, следующим шагом будет определение значения входного напряжения и частоты. В России на вход чаще всего подается переменный ток, но есть механизмы, работающие от постоянного тока. Входное напряжение обычно бывает:

    • Однофазное 220 В переменного тока
    • Трехфазное 380 В переменного тока
    • Трехфазное 690 В переменного тока

    Стандартное значение частоты входного напряжения составляет 50 или 60 Гц.

    Бывают ЧРП переменного тока предназначены для работы от источников постоянного тока, что расширяет диапазон возможностей их применения.

    Достоинства и сферы применения частотников

    Приобрести частотный преобразователь рекомендуется не только для мягкой регулировки оборотов электромотора, но и для защиты оборудования от междуфазных коротких замыканий и перегрузок. С помощью частотника также можно измерять, регистрировать, визуализировать и передавать по сети значения различных характеристик, например, температуру, величину момента, тока и прочее.

    Среди многочисленных достоинств частотников также следует отметить:

    • возможность управления, как в режиме электромотора, так и в режиме генератора;
    • высокоэффективное динамическое торможение;
    • мягкий разгон без рывков и плавная остановка;
    • обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

    Установка частотных преобразователей для асинхронных электромоторов производится преимущественно тогда, когда необходимо поменять ток промышленной частоты 50-60 Гц на частоту от одного до 800 Гц. Частотником можно контролировать стартовые токи, в несколько раз превышающие номинал.

    Работающие на базе асинхронных двигателей и частотных преобразователей устройства часто встречается в составе такого оборудования, как:

    • краны, эскалаторы, подъемники, лифты;
    • фасовочные установки с контролем скорости;
    • насосные станции и автономные насосы;
    • станки и центрифуги;
    • системы вентиляции;
    • бетономешалки и тестомешалки;
    • карбюраторы и прочее.

    3. Нужно ли переплачивать за более дорогой преобразователь частоты?

    Этот вопрос сложный и ответить на него не так легко, как хотелось бы, но мы, как минимум, попробуем внести ясность.

    На цену преобразователя частоты в общем случае влияет:


    • Метод управления, реализованный в ПЧ, скалярный или векторный

    В основе скалярного метода управления лежит принцип постоянства отношения U/f=const. Устройства, реализующие скалярный метод управления, считаются более простыми и в общем случае подходят для управления нагрузкой с низким пусковым моментом на валу электродвигателя.

    В основе преобразователей частоты, реализующих векторный режим управления, лежит значительно более сложная математическая модель, с постоянным отслеживанием или расчетом положения вала электродвигателя для поддержания постоянства крутящего момента. Скалярный режим управления в таких устройствах поддерживается по умолчанию, а векторный режим требует пользовательского программирования.


    • Наличие встроенных интерфейсов и функционала

    Как и в любой технике, преобразователь частоты содержит кроме основного функционала, дополнительные функции, встроенные интерфейсы удаленного управления, некоторые модели содержат в себе полноценные функции ПЛК. Дополнительный функционал – это плюс, но в первую очередь необходимо оценить необходимость такового, прежде чем сравнивать цену двух устройств.


    • Плата за бренд

    В этом пункте мы не раскрыли ничего нового, действительно переплата за бренд существует, ничего личного, это просто маркетинг. Но мы убеждены, переплата за бренд должна быть разумной, поэтому предлагаем, в том числе, преобразователи частоты от компании Delta Electronics которая входит в тройку лидеров по количеству производимых частотных приводов. Кроме своего имени, отсчитывающего время с 1971 года, компания Delta Electronics может предложить широкую номенклатуру частотных преобразователей: экономичные, компактные, универсальные, специализированные для лифтов, для насосов и вентиляторов.

    Как выбрать частотный преобразователь с помощью специалистов «Веспер»

    Крупные производители выпускают огромный ассортимент ЧП. Если при покупке вам нужно учесть множество критериев, то хорошим вариантом будет обратиться за консультацией к специалистам. Компания «Веспер» имеет большой опыт в проведении работ по подбору преобразователей частоты для различных промышленных и бытовых машин и механизмов.

    Если вам нужен преобразователь частоты с дополнительными опциями для решения конкретных задач, то это еще один повод обратиться в крупную компанию. В «Веспере», например, эту задачу решает инженерно-технический отдел, который порекомендует и подберёт дополнительную комплектацию оборудования по персональным пожеланиям заказчика:

    Советы по выбору частотников

    При выборе частотника наиболее низкая стоимость определена набором минимальных функций. Рост стоимости пропорционален их увеличению.

    Первоначально преобразователи классифицируют по мощности. Не менее важными параметрами являются перегрузочная способность и тип исполнения.

    Мощность частотника должна быть не меньше максимальной мощности установки. Для оперативного ремонта или замены в случае поломки частотного привода для электромотора желательно, чтобы сервис-центр был расположен в непосредственной близости.

    При выборе преобразователя немаловажным фактором является его напряжение. Если подобрать частотник определённого напряжения, а в сети оно окажется более низким, то он будет отключаться. Если же напряжение сети будет длительно допускать допустимое напряжение, то это приведёт к его повреждению и невозможной дальнейшей работе. С учётом этих рисков нужно выбирать частотники с большим интервалом допустимого напряжения.

    Существует два типа управления преобразователей: векторное и скалярное.

    При скалярном управлении удерживается постоянство между значением напряжения и частоты на выходе. Это наиболее простой тип частотников, и, вследствие этого, более дешёвый.

    При векторном управлении из-за снижения статической ошибки управление осуществляется более точно. Но и стоимость асинхронного преобразователя частоты с этим видом управления более высока в сравнении со скалярным управлением.

    Зона регулирования частоты тока должна быть в необходимых пределах. Для диапазонов с регулировкой по частоте более, нежели в 10 раз лучше выбрать векторное управление.

    Количество вводов должно быть оптимальным, потому как при слишком большой их численности цена прибора для изменения частоты будет неоправданно завышена, а также могут возникнуть некоторые сложности при его настройке.

    Необходимо учесть перегрузочные способности частотника по току и мощности. Ток частотника должен быть чуть больше, нежели номинальный ток двигателя. В случае возникновения ударных нагрузок необходим запас по пиковому току, который должен быть не менее 10% от ударного тока.

    Этапы программирования и настройки частотного преобразователя

    Выделим минимальный набор действий по настройке параметров преобразователя частоты:

    1. Ввод паспортных данных электродвигателя в ПЧ;
    2. Ввод принципа регулирования:
      • Постоянная частота;
      • Переменная частота – если выбран этот вариант, то требуется указать источник задания скорости вращения.
    3. Задать канал управления – то есть источник, откуда будет приходить команда запуска и останова.

    После выполнения данных действий двигатель можно запустить, при этом следует убедиться в правильности вращения. Если вращение осуществляется неправильно, это можно изменить переключением фазных проводов или с помощью настройки частотного преобразователя.

    Зачем нужен частотный преобразователь

    • Когда требуется регулировать скорость вращения электродвигателя
    • Когда требуется исключить пусковые токи при запуске электродвигателя. В момент запуска ЭД пусковой ток при пуске от сети может достигать 10-ти кратного значения от номинального. Установка частотного преобразователя поможет исключить этот ток, при этом сохранив высокий момент.

    эта особенность необходима при запуске электродвигателей от ИБП или дизель-генераторных установок (ДГУ), которые могут не иметь достаточный запас по мощности на пусковые токи.

    • Для продления ресурса работы самого двигателя, приводного механизма, а также сопутствующего оборудования

    например, отсутствие пусковых токов исключает рывки двигателя и насоса при пуске, бережет подшипники, убирает гидроудары в трубопроводе в результате чего трубы не лопаются, требуется меньше денег на их ремонт, жидкость не вытекает на землю. Так же, в частотный преобразователь встроена защита от перегрева и короткого замыкания в двигателе.

    • Для экономии . Если не всегда нужна максимальная скорость вращения двигателя, её можно снизить. (Читать: Расчет экономического эффекта преобразователя частоты)

    уменьшая скорость вращения электродвигателя, тем самым, уменьшается потребление электроэнергии.

    Требования к степени защиты корпуса

    Выбор необходимого корпуса имеет важное значение, поскольку он увеличивает срок службы ЧРП и его компонентов и обеспечивает их защиту. Многие приводы являются частью более крупных систем автоматизации и устанавливаются в чистых кондиционированных помещениях или в уже существующих шкафах в специально зарезервированных для этого местах. ЧРП открытого исполнения или с минимальной степенью защиты изготавливаются именно для этих целей.

    Однако большое количество частотных преобразователей устанавливаются в помещениях с неблагоприятными условиями эксплуатации. Понимание того, где будет установлен привод, является залогом более длительного срока его службы.

    Степень защиты Температура Высота над уровнем моря Условия эксплуатации
    IP20 0 — +40 C До 1000 метров Чистая сухая среда, с минимальными суточными колебаниями температуры
    IP54 Влажная и пыльная среда, возможно попадание небольшого количества воды на корпус
    IP65 Влажная среда с возможностью образования конденсата или попадания обильного количества воды на корпус

    Возможна работа за пределами этих диапазонов, но это лучше согласовать с производителем, он подскажет как правильно подобрать более мощный ЧРП под ту же самую задачу. Также для каждого конкретного случая может понадобиться установка дополнительных опций (фильтров, дросселей, плат расширения и др.)

    Разновидности частотных преобразователей

    Вид частотника определяется тремя основными факторами:

    1. Конструкционные особенности.
    2. Способ управления.
    3. Принцип работы.

    По особенностям конструкции различают:

    • электронного типа – самые распространенные устройства для плавной регулировки оборотов асинхронных электромоторов на современном производстве;
    • электромашинные преобразователи – преимущественно применяются для силовых агрегатов, работающих в генераторном режиме;
    • индукционные частотники – сейчас используются достаточно редко из-за низких показателей коэффициента полезного действия.

    По способу управления преобразователи частоты бывают:

    • Скалярного типа с возможностью регулировки работы сразу нескольких электроприводов. Отличаются простотой конструкции и доступной стоимостью. Часто используются в системах вентиляции и насосном оборудовании;
    • Векторного типа для поддержания постоянной мощности при низких оборотах. Характеризуются отличными показателями быстродействия и высокой точностью регулировки.

    По принципу работы частотники делятся на следующие типы:

    • непосредственного включения в питающую электросеть;
    • имеющие промежуточное звено постоянного тока для понижения и повышения частоты как в низкоскоростном, так и в высокоскоростном оборудовании.

    Главное здесь определиться с задачами, которые будут возложены на конкретно взятый электропривод, и подбирать частотный преобразователь уже исходя из этого. Также следует обращать внимание на габариты устройства и удобство расположения элементов управления. Частотники могут быть рассчитаны на трехфазное или однофазное напряжение, а при выборе мощности следует ориентироваться на максимально потребляемый ток.

    4. Можно ли сэкономить, купив один преобразователь частоты на два и более электродвигателя?

    Delta VFD32AMS43

    Можно, но с некоторыми ограничениями:

    • Электродвигатели должны быть одного номинала мощности;
    • Управление двумя и более электродвигателями возможно реализовать только в скалярном режиме управления;
    • Мощность преобразователя частоты выбирается с запасом, разные производители рекомендуют разный уровень запаса, но в общем случае в районе 20% в общепромышленном режиме.
      Например, для управления двумя электродвигателями суммарной мощности 11 кВт, ближайший по номиналу частотный преобразователь с учётом запаса Delta VFD32AMS43;
    • При подключении больше двух электродвигателей к одному преобразователю частоты требуется реализовать защиту по току на каждый электродвигатель, поэтому в данном случае возникает вопрос, а будет ли экономия?

    Расчёт частотника для электродвигателя

    Для того чтобы преобразователь частоты имел возможность работать надёжно и соблюдать заданные значения, необходимо рассчитать его основные параметры:

    • тип исполнения;
    • ток;
    • мощность.

    Расчёт тока преобразователя производится по формуле:

    где Р – номинальная мощность двигателя, квт;

    U – напряжение, В

    сosφ – значение коэффициента мощности

    Правильный выбор мощности прибора для изменения частоты сказывается на эффективности работы установки. При заниженной мощности частотного преобразователя производительность оборудования будет невысокой. Длительные перегрузки при работе могут привести к поломке преобразователя частоты.

    При завышенной мощности частотного преобразователя и скачках напряжения или перегрузке не сработает защита электродвигателя, что приведёт к его повреждению. U

    Мощность частотника должна быть больше номинальной мощности соответствующего двигателя на 15%.

    Выводы

    Асинхронные электродвигатели по многим параметрам превосходят двигатели постоянного тока. Превосходство это касается и устройства и надёжности. Поэтому во многих случаях пользователи выбирают именно асинхронные двигатели, руководствуясь именно соображениями насчёт их превосходства над другими устройствами.

    Механическое управление током вызывает некоторые негативные последствия, так как при использовании этого варианта управления нельзя быть уверенным в стопроцентной и качественной работе оборудования. Использование частотных преобразователей для асинхронных двигателей имеет свои очень важные преимущества, которые немаловажны во многих аспектах работы с двигателями. Одним из самых главных плюсов использования электронного управления и частотников является тот факт, что эти устройства позволяют экономить расход потребляемой электроэнергии. К тому же и мощность будет больше.

    Частотники следует выбирать, беря во внимание множество характеристик, которые прописываются в документации, приложенной к устройству. Частотные преобразователи, сделанные кустарно, могут пригодиться в бытовых условиях, но на производстве их использовать не стоит.

    Эксплуатация преобразователей должна проводиться грамотно, в соответствии со всеми рекомендациями и правилами. Это позволит улучшить качество работы оборудования. К тому же многие советы позволят продлить работу двигателю и преобразователю. Крайне рекомендуется следить за напряжением. В случае критического повышения напряжения могут взорваться конденсаторы. Частотники должны быть использованы с оглядкой на все основные правила безопасности. Рекомендуется не браться за работу с ними в отсутствие всех необходимых знаний в этой области.

    Совместимость привода и технологического процесса

    На этом этапе эксплуатация, изготовители оборудования и IT-специалисты должны совместно обсудить два вопроса:

    1. Требуется ли обратная связь?
      Необходимо определиться какие требования и ожидания предъявляются к ЧРП в общей системе взаимодействия. Многие функции привода предназначены именно для настройки технологического процесса, а не для банальной регулировки скорости вращения механизма. Встроенная память, быстродействующие процессоры и входы/выходы (I/O) позволяют приводам управлять различными процессами. Например, преобразователь частоты, подключенный к двигателю для поддержания уровня в емкости с помощью функции ПИД-регулирования или намоточное устройство при производстве бумаги, использующее несколько датчиков, управляющих несколькими приводами, для расчета правильных диаметров и скоростей. Независимо от типа технологического процесса или передаваемых сигналов — давления, расхода или температуры – все они используются для формирования корректного выходного сигнала ЧРП.
    2. Какой вид связи требуется?
      Во многих системах управления основной задачей является обеспечение связи между оборудованием и человеком посредствам человеко-машинного интерфейса (HMI) и сигналов. В некоторых случаях достаточно встроенного дисплея управления, который помогает оператору запустить или остановить процесс. В других случаях необходим удаленный мониторинг технологического процесса, для этого задействуются аналоговые и цифровые выходы преобразователя частоты. Или, возможно, пользователю нужно получать и отправлять сигналы по полевой шине ModBus, ProfiBus на АСУТП верхнего уровня или SCADA и т.п. Автоматическое управление без участия человека также возможно.

    5. У вас есть однофазный преобразователь частоты?

    Давайте разберемся, преобразователь частоты для однофазной сети или для однофазного электродвигателя? И то и другое мы можем предложить, но вопрос не случайный.

    Innovert ITD222U21B2

    Принцип работы асинхронного электродвигателя в упрощенном виде заключается в создании вращающегося магнитного поля обмотками статора. Для этого в обмотках статора должны протекать токи, смещенные по фазе относительно друг друга. В большинстве случаев электродвигатель питается от трехфазной сети переменного тока, но бывает и так, что сеть электрического тока однофазная, а двигатель трехфазный.

    На этот случай большинство производителей имеют в номенклатуре преобразователи частоты с однофазным входом 1фх220В и трехфазным выходом 3фх220В. Например, INNOVERT ITD222U21B2.

    Необходимо учитывать, что обычно электрическая мощность таких преобразователей частоты ограничена в районе 2,2 кВт в силу ограниченной мощности однофазной электрической сети.

    Существуют так называемые однофазные электрические двигатели, т.е. приспособленные для электропитания от однофазной цепи электрического тока и содержащие в своей конструкции фазосдвигающие конденсаторы. Такие электродвигатели, как правило, носят бытовое назначение.

    Преобразователи частоты для однофазных электродвигателей довольно редкая разновидность. В силу малого спроса не многие производители содержат такие устройства в своей номенклатуре, но мы можем предложить, например, INNOVERT IDD222U21B.

    В данной статье мы довольно поверхностно затронули тему частотно регулируемого привода. Не затронутыми остались вопросы дополнительного оборудования, преобразователи частоты с высоким уровнем пыле- и влагозащиты, и другие вопросы. Несмотря на кажущуюся простоту, подбор преобразователей частоты несет в себе массу нюансов.


    Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для правильного подбора оборудования.

    Необходимые материалы для самодельного частотника

    Изготовить частотник своими руками практически возможно. Для этого нужно определиться с основными деталями, приобрести их, изучить схему сборки. Затем приступить к процессу изготовления.

    В начале работы необходимо запастись двумя платами. На одной из плат необходимо установить микроконтроллер и индикатор. На второй — транзисторы, диодный мост, входные клеммы, блок питания и драйвер. Между собой платы необходимо соединять гибким проводом.

    Питания будет производиться с помощью импульсного блока.

    Для управления маломощным мотором достаточно будет установки токового шунта и подключённого к нему усилителя DA-1. Сечение жил токового шунта составляет полмиллиметра. Для двигателей с более высокой мощностью установки токового шунта недостаточно и поэтому необходимо устанавливать трансформатор.

    При мощности двигателей более 0,4 КВт необходима установка термодатчиков.

    Микросхема IL300 с линейной развязкой позволяет контролировать параметры электродвигателя.

    Оптроны типа ОС2–4 необходимы для дубляжа управляющих кнопок.

    В результате эксплуатации вследствие большой протяжённости проводов могут возникать помехи. Устранить их можно с помощью специальных колец для удаления помех.

    Техническая поддержка и гарантия от производителя

    Во-первых, смотрят на срок гарантии оборудования это помогает понять какой уровень рисков готов взять на себя производитель и на сколько он уверен в выпускаемом им продукте. Гарантия в диапазоне от 18 до 24 месяцев довольно распространена, но может быть и 3 года и 5 лет и больше. Важно помнить, что бизнес в области электроники очень быстро меняется, и нет никакой уверенности, что текущая модель привода будет доступна в точно таком же виде через пять лет. Единственное, не стоит сомневаться, что технология частотно-регулируемого привода будет развиваться и ее функциональность будет увеличиваться.

    Экспертная помощь при установке и вводе в эксплуатацию частотных преобразователей очень важна. Хорошая телефонная поддержка и технические специалисты, работающие на месте в регионе, имеют важное значение для поддержания беспрерывной работы производственной линии и комфорта сотрудников. Грамотность, опыт и оперативность специалистов поддержки может значительно сократить время простоя производства и повысить производительность всего предприятия.

    Рассмотренные выше критерии выбора преобразователя частоты несколько стандартизированы и обобщены. В некоторых случаях могут применяться альтернативные методы подбора. Большинство производителей приводов осуществляют предпродажный сервис и помогают в выборе необходимого ЧРП из своей линейки или изготавливают индивидуальный привод для нестандартной задачи. Но даже в этом случае, вопросы, обозначенные выше, могут предоставить покупателям и проектировщикам прочную основу для начала общения.

    Подключение и настройка

    При подключении асинхронного преобразователя частоты в сеть однофазного тока клеммы двигателя необходимо соединить в «треугольник». Эта схема соединения подразумевает присоединение конца и начала соседних обмоток. Напряжение питания при этом будет 220 В. Выходной ток необходимо удерживать в пределах не более половины его номинального значения.

    Если частотник подключается к трехфазной сети, то клеммы двигателя соединяются в «звезду». При этой схеме соединения концы трёх фаз обмоток соединяются в одну точку. Напряжение от сети принимает значение 380В.

    Очерёдность подключения общей электрической цепи будет следующей:

    1. дифференциальный автоматический выключатель, ток которого совпадает с номинальным током двигателя;
    2. преобразователь частоты;
    3. электродвигатель.

    При работе с трехфазной сетью автоматический выключатель должен быть снабжён общим рычагом по всем трём фазам. В таком случае перегрузка одной из фаз будет устранена выключением всего питания. Допустимый ток срабатывания должен быть рассчитан на основе значения тока двигателя в одной фазе.

    При установке преобразователя в однофазную сеть допустимый ток автоматического выключателя должен превышать в три раза значение фазного тока.

    Подключается преобразователь к электромотору с помощью магнитного пускателя. Выбирается магнитный пускатель по напряжению сети и номинальному току.

    Перед монтажом пульта управления его рычаг должен быть в положении «Выключено». При включении рычага обязательным условием есть появление сигнала на световом индикаторе. Клавишей RUN производится запуск частотника. А рукоятка пульта управления контролирует изменение числа оборотов ротора двигателя.

    Следует с особым вниманием изучить значение частоты на частотнике, так как на одних моделях указывается частота вращения ротора электродвигателя, а на других приведена частота тока преобразователя.

    Настройка частотного преобразователя для электродвигателя начинается с внимательного изучения инструкции, так как в ней указана последовательность этих операций.

    Для того чтобы настроить частотный преобразователь для электродвигателя, необходимо произвести правильный выбор типа проводов и верный размер их сечения.

    Перед настройкой частотника необходимо правильно обнаружить и подключить входные и выходные клеммы. Входные клеммы маркируются буквой L с указанием нумерации фазы. Выходные клеммы обозначены латинскими буквами — U, V, W.

    Так как параметров у преобразователя заводского исполнения довольно-таки много, частично его настройка производится на заводе. Остальные параметры настраиваются вручную. Основные этапы настройки частотного преобразователя:

    • подача питания на частотный преобразователь;
    • выбор определённого режима работы;
    • установка значений рабочих характеристик оборудования.

    Эксплуатация частотника

    Правильный порядок эксплуатации преобразователя частоты заключается в выполнении основных операций:

    • Систематическая очистка частотного привода для электродвигателя от пыли и грязи.
    • Регулярно менять детали, срок годности которых истекает.
    • Постоянный контроль напряжения и температуры.
    • Работа устройства должна проходить при заданных условиях: не превышать допустимый уровень пыли, влажности, температуры окружающей среды.

    Нежелательным является попадание прямых солнечных лучей на частотник, отсутствие достаточной вентиляции. Материалы и жидкости, которые достаточно легко воспламеняются, не должны находиться рядом с ним. В помещении регулярно должна проводиться обработка против грызунов. Место установки частотного привода для электродвигателя не должно иметь шероховатостей, позволять вибрации.

    Частотники для двигателя мощностью около 3 КВт являются наиболее распространёнными ввиду компактности, относительно невысокой цены, простоты установки и обслуживания

    Собирать вручную частотники для двигателей мощностью 3 КВт и больше нет смысла — они будут довольно дорогими по цене и не всегда обеспечивать необходимую точность в работе.

    Для двигателей мощностью 3 КВт преобразователи частоты находят применение:

    • в системах вентиляции для контроля скорости вращения вентилятора;
    • для одновременности работы принимающего и подающего конвейеров;
    • для подачи сырья с контролем его объёма;
    • для управления несколькими насосами;
    • для контроля работы погружным насосом;
    • для регулировки скорости подачи сырья в дробилках.

    Частотники для двигателей большей мощности отличаются величиной максимальной выходной частоты, наличием фильтра электромагнитной совместимости (ЕМС), видом режима управления.

    Например, у частотного привода для электродвигателя мощностью 15 КВт максимальная выходная частота меньше, нежели у преобразователя для двигателя мощностью 3 КВт. ЕМС фильтр для такого двигателя не предусмотрен. Режим управления только скалярный.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий