Какой частотный преобразователь выбрать. Выбираем преобразователь частоты. Преобразователи частоты как способ управления электродвигателем

07.05.2024

Как выбирать частотник

Автору этих строк много раз приходилось помогать клиентам в выборе различных устройств, так или иначе связанных с управлением асинхронными двигателями, запускать эти приборы в эксплуатацию, а также, по возможности, исправлять ошибки, допущенные на этапе выбора. Данная статья обобщает некоторый опыт в этом деле и призвана помочь конечному потребителю выбрать нужное оборудование.

Вы когда-нибудь бывали на промышленном предприятии? Ну да, вы же там работаете… Заходишь в цех, а там все грохочет, ухает, поднимается, опускается, режется, крутится – одним словом, движется. Если это не про вас, то можете дальше эту статью не читать – все, что в ней написано, так или иначе связано с движением. Часто от того, как происходит это движение, зависит качество и стоимость конечного продукта, будь то автомобиль или горячая вода из котельной. А движение зависит от двигателя. Какой двигатель сегодня самый дешевый и надежный, а потому и самый распространенный? Правильно, асинхронный. Асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, если уж быть точным и оказать нашему двигателю почет и уважение. А то ведь обидится и сгорит ненароком, и будет простой оборудования и недовыпуск продукции. Капризный он парень, да и упрямый временами. Семикратный пусковой ток ему обеспечь, тепловую защиту настрой… И он согласится быстро крутиться. А если нам быстро не надо? Если нам не нужны его 2950 оборотов в минуту? Правильно, можно найти двигатель помедленнее, тогда будет 1480 или что-то вроде этого. Или 950. А если надо 2300? Или надо менять скорость, подбирая оптимальную именно для этого бревна или этой партии досок? Придется ставить редуктор или вариатор. Но редуктор переключает скорости ступенчато, да и останавливать все для этого надо, а вариатор уж больно капризен… Вот и придумали люди – прибор, способный договориться с асинхронным двигателем и в обмен на облегчение его жизни получить возможность плавного регулирования скорости и при этом еще и снизить потребление электроэнергии. Говоря сухим техническим языком, преобразователь частоты дает нам следующие основные преимущества:

оперативное автоматическое или ручное управление скоростью или параметром, который от этой скорости зависит;

экономию электроэнергии при замене других способов регулирования;

снижение пусковых токов до минимально необходимых для реализации пуска;

снижение ударных нагрузок на механизм при пуске;

комплексную защиту двигателя и механизма.

Это далеко не полный перечень функций преобразователя частоты, но даже перечисленные свойства позволяют обеспечить на порядок лучшую управляемость оборудования и существенное увеличение срока его эксплуатации. Однако за все эти заманчивые возможности придется заплатить немаленькую сумму, и уж очень не хочется ошибиться в выборе модели, которая будет решать именно ваши проблемы. Попробуем с этим выбором разобраться. Собственно, покупка преобразователя не сложнее покупки автомобиля, то есть, скорее всего, ваш новый автомобиль будет ездить, но как быстро, комфортно и долго – это вопрос.

Итак, предположим, что двигатель у нас уже есть. При выборе преобразователя большинство пользователей опираются на мощность двигателя. Как правило, мощности двигателя и преобразователя совпадают, однако существуют двигатели (например, серия ВАСО), номинальный ток которых существенно превосходит стандартное для данной мощности значение. Не вдаваясь в подробности конструкции асинхронных машин, отметим лишь, что необходимая мощность преобразователя может оказаться существенно выше номинальной мощности двигателя, а поскольку ограничивающим фактором при работе преобразователя является его номинальный ток, нужно выбирать модель, номинальный ток которой не ниже номинального тока вашего двигателя.

Второй вопрос – характер нагрузки. Если нагрузкой двигателя служит циркуляционный насос или вентилятор, то момент нагрузки пропорционален квадрату скорости. Такая нагрузка даже носит название «насосной» и является самым легким вариантом для двигателя. Всякую нагрузку, отличающуюся от этой, в первом приближении можно считать не зависящей от скорости. Многие производители выпускают серии преобразователей специально для насосов, и они, как правило, дешевле. Другие фирмы допускают использование стандартных моделей с насосами большей мощности, что также оказывается выгоднее.

Еще один существенный момент – перегрузки двигателя (продолжая аналогию с выбором автомобиля вы предпочитаете спокойный или спортивный тип вождения?). У насосов и вентиляторов перегрузок практически нет, но для других механизмов этот вопрос очень важен. Перегрузочная способность различных моделей преобразователей частоты может сильно различаться. Поэтому для выбора преобразователя нужно знать характер перегрузок именно вашего механизма, в частности: каков уровень перегрузок, какова их длительность и как часто они появляются.

Теперь решим, в каком диапазоне мы будем регулировать скорость. Если скорость не будет падать ниже 10% от номинальной, то подойдет практически любой преобразователь, но если нужно снижать скорость и далее, обеспечивая при этом номинальный момент на валу, нужно получить от производителя подтверждение способности преобразователя обеспечить работу двигателя на частотах, близких к нулю. Кроме того, с диапазоном регулирования скорости связан еще один вопрос, который требует решения, – охлаждение двигателя. Дело в том, что обычно асинхронный двигатель охлаждается вентилятором, закрепленным на его валу, поэтому при снижении скорости эффективность охлаждения резко падает. Если двигатель будет долго работать на низких частотах, то нужно обеспечить независимое охлаждение, другими словами, установить вентилятор с независимым питанием. Точный рецепт, когда такой вентилятор нужен, а когда нет, без специальных расчетов дать невозможно, все зависит от времени работы на пониженной скорости, величины этой скорости и величины нагрузки. При нагрузке с «насосной» характеристикой вентилятор, как правило, не нужен, а на двигатель конвейера или пилы проще сначала не устанавливать его, а при работе просто измерять температуру двигателя. Грубо говоря, если руку на двигателе удержать не удается – вентилятор нужно ставить. Кстати, проблема охлаждения – это проблема пользователя, а не производителя, поэтому продавец может вам ничего и не сказать. Однако в серьезных компаниях об этой проблеме предупреждают.

Третий вопрос, который мы должны рассмотреть, – торможение. При снижении скорости кинетическую энергию двигателя и механизма нужно куда-то деть. Преобразователи, способные вернуть эту энергию в сеть, обычно существенно дороже, и без особой необходимости их приобретение вряд ли оправданно. Если использовать торможение выбегом, аналогичное обычному отключению двигателя от сети, то энергия перейдет в трение, но останов может быть достаточно долгим. Преобразователь может остановить двигатель быстрее, активно выделяя тепло через свои радиаторы охлаждения и двигатель (торможение двигателем – знакомо?). Если и этого недостаточно, то понадобится специальный узел торможения, состоящий из тормозного модуля (иногда называемого «тормозным ключом» или «чоппером») и внешнего тормозного резистора для рассеяния тепла. Тормозной модуль может быть встроен в преобразователь как стандартный элемент, и тогда за него не нужно будет платить отдельно, может встраиваться при заказе за дополнительные деньги или докупаться и подключаться позже при необходимости. Последний вариант предпочтительнее, если неизвестно, понадобится ли этот модуль вообще. В отличие от тормозного модуля, тормозной резистор – это унифицированное изделие, и купить его можно как у поставщика преобразователя, так и у сторонних производителей. Если покупать в той же фирме, что и преобразователь, то можно быть уверенным, что резистор будет выбран правильно. А если покупать у третьих фирм, то можно найти более дешевый вариант. С точки зрения автора, при покупке двух-трех преобразователей экономия не оправдает затрат времени на поиск и риска неправильного выбора, а вот при закупке больших количеств стоит потратить немного времени на расчеты и поиск, чтобы получить существенное суммарное снижение цены.

Ответив на эти вопросы, мы практически определили требования к силовой части преобразователя (тип кузова, мощность двигателя, количество дверей и ведущих мостов выбраны, теперь займемся коробкой передач).

Сначала решим, как мы будем управлять скоростью двигателя. Самый простой вариант аналогичен регулированию громкости радиоприемника: крутим ручку потенциометра в одну сторону – скорость растет, в другую – уменьшается. Иногда этот потенциометр даже присутствует на преобразователе. Другой вариант – две кнопки: одна для увеличения скорости, другая для ее снижения. Этот тип управления получил название «автоматического потенциометра», он удобнее тем, что невозможно случайно резко изменить скорость привода, кроме того, кнопки в условиях производства обычно намного надежнее переменного резистора. Схема «автоматического потенциометра» реализуется практически на любом преобразователе.

Если электроприводом будет управлять контроллер или другое внешнее устройство, необходимо обратить внимание на то, согласуются ли управляющие сигналы контроллера и преобразователя. В современной технике этих сигналов осталось фактически только два – 0-10 В и 4-20 мА. Если сигнал в вашей системе отличается от указанных вариантов, то нужно уточнить у продавца, может ли предлагаемый вам преобразователь с ним работать.

Иногда удобно в разных режимах поддерживать разные, но заранее известные значения скорости, выбирая требуемое значение из памяти преобразователя (своего рода круиз-контроль). В этом случае нужные скорости определяются и записываются в память на этапе наладки, а в процессе работы оператор лишь выбирает нужное значение внешним переключателем.

Наиболее «умный» вариант управления – заставить преобразователь самостоятельно изменять скорость, поддерживая на заданном уровне определенный параметр (давление на выходе насоса, загрузку механизма и т.п.). В этом случае потребуется наличие в преобразователе так называемого ПИД-регулятора и возможности подключения датчика обратной связи, измеряющего текущее значение контролируемого параметра. Как правило, современные преобразователи позволяют реализовать все эти режимы, нужно только точно представлять себе нужный вариант и узнать у продавца возможность его реализации.

Кроме функций управления на преобразователь обычно возлагаются функции защиты двигателя (ремни безопасности, воздушные подушки). Практически все преобразователи имеют целый набор функций ограничения тока – при пуске, при продолжительной работе, при останове и даже при коротком замыкании. Это спасает двигатель от выхода из строя при неполадках механизма, заклинивании ротора или недопустимом износе подшипников. Дополнительно многие преобразователи имеют в своей программе управления тепловую модель двигателя и способны по результатам ее работы защитить двигатель от перегрева. Другими словами, преобразователь «знает», какова температура двигателя и не позволит ему перегреться. Если же в двигатель вмонтирован датчик температуры, то желательно иметь в преобразователе частоты соответствующий вход для дополнительной защиты двигателя по показаниям этого датчика.

Взглянем теперь на пульт управления. Обычно он состоит из дисплея и клавиатуры (руля там нет…). В простейшем случае на дисплей выводятся только цифры, показывающие номер параметра и его значение. Если пульт управления нужен только на этапе пусконаладочных работ, то этого достаточно, хотя работать с таким дисплеем довольно неудобно. Большинство современных преобразователей имеют алфавитно-цифровой дисплей, состоящий из нескольких строк. Это позволяет лучше ориентироваться в меню преобразователя, а при некотором навыке – обходиться без шпаргалки в виде руководства по эксплуатации. Особенно это важно, если в случае аварии необходимо быстро принимать меры: в этой ситуации важно знать причину аварии, а времени на "расшифровку" показаний нет. Некоторые преобразователи имеют графический дисплей, на который можно выводить не только значения параметров, но и график их изменений. Большинство приборов зарубежного производства не имеют возможности отображения русского языка, однако, как показывает практика, это неудобство быстро становится преимуществом: лексикон сообщений не очень большой, и запомнить его несложно, особенно вспомнив школьный курс иностранного языка, а вот от чрезмерного любопытства персонала это защищает. Кстати, о защите от несанкционированного вмешательства в работу преобразователя (вспомните ключи от двери и зажигания). Большинство приборов имеет парольную защиту, иногда раздельную для управления и изменения параметров. Кроме того, у некоторых преобразователей пульт управления после настройки можно просто снять и унести. Если же предполагается использовать пульт для оперативного управления и отображения текущей информации, то стоит выяснить у продавца, можно ли вынести пульт управления на переднюю панель шкафа или в другое удобное место.

В процессе работы нам понадобятся и средства сигнализации (что-то вроде лампочек «низкий уровень масла», «открытая дверь» на приборной панели автомобиля и нудного писка при движении задним ходом). У всех преобразователей есть несколько дискретных выходов, обычно это реле или выходы с открытым коллектором, которые могут сообщить вам о самых разных событиях внутри привода: об аварии, о достижении заданной скорости, о готовности преобразователя к работе и т.д. Часто каждый из этих выходов снабжен таймером, задерживающим момент включения или выключения соответствующего реле, что также можно использовать при построении системы управления. У многих преобразователей есть еще и аналоговые выходы, к которым можно подключить обычные амперметры или вольтметры, чтобы они показывали скорость, ток, напряжение, момент нагрузки и т.д. Эти же выходы могут использоваться для передачи значений параметров на внешний контроллер или другое управляющее или регистрирующее устройство.

Теперь подумаем, где и как мы будем устанавливать преобразователь (это уже похоже на поиск гаража). Если предполагаемое место установки - электрошкаф, то кроме размеров нас будет интересовать наличие свободного пространства вокруг прибора и объем необходимого для охлаждения воздуха. Кроме того, нужно подумать, как будет отводиться выделяемое преобразователем тепло, потери которого могут составлять до 5% от мощности преобразователя. Если же предполагается установить преобразователь отдельно (на полу или на стене), то надо уточнить степень его защиты. Исполнение IP00 приемлемо только для установки в шкафу или специальном помещении, поскольку нет защиты от поражения электрическим током. Исполнение IP20 допускает установку в помещениях общего доступа, а при установке в помещениях с высокой влажностью или большим количеством пыли в воздухе необходимо использовать исполнение IP54 или другое в соответствии с требованиями стандартов. И еще один важный аспект, связанный с местом установки прибора: если выходной кабель между преобразователем и двигателем превышает определенную длину, то необходимо устанавливать специальный дроссель. Эта длина различна для разных кабелей, разных токов и разных преобразователей, поэтому назовите продавцу расстояние от места предполагаемой установки преобразователя до двигателя, и он скажет вам, понадобится ли выходной дроссель в вашем случае.

Основные параметры мы оговорили. Однако у современных преобразователей частоты есть ряд дополнительных функций, которые могут быть вам полезны. Перечислим наиболее часто встречающиеся по мере их важности (с точки зрения автора).

Работа при нестабильном питании. Очень актуальный параметр для России (дороги наши помните?). Какой диапазон питающего напряжения допустим? Как ведет себя преобразователь при изменении напряжения питания? В хороших моделях допустимо напряжение сети от 380 до 460 В с колебаниями +/- 10%. А вот при просадках питания или полном его отключении на короткое (и не очень) время поведение преобразователей очень различно. Возможно сохранение работоспособности с пропорциональным просадке снижением скорости, автоматический перезапуск при восстановлении питания, определение скорости двигателя при повторном запуске (чтобы не начинать разгон с нуля), и даже функция контролируемого плавного останова двигателя при полном (!) отсутствии питания. Все эти функции имеют большое количество программируемых параметров, позволяющих задать именно тот алгоритм работы, который приведет к наименьшим потерям при неполадках в сети.

Средства последовательной связи. Все чаще требуется либо сразу включить электропривод в систему автоматизированного управления, либо предусмотреть такую возможность на будущее. Для этой цели служит порт последовательной связи, обычно стандарта RS485. Стандарт и протокол обмена необходимо уточнить при покупке, равно как и возможность приобретения блока последовательной связи или замены его на блок другого стандарта в дальнейшем. Эти согласования лучше отдать на откуп тем специалистам, которые занимаются автоматизацией технологических процессов. Но даже если централизованной системы управления на вашем предприятии нет, через такой порт можно связать преобразователь с компьютером, что существенно упростит наладку. Сейчас есть производители, оборудование которых при таком подключении позволяет обеспечить дистанционную настройку, управление и контроль через Интернет из любой точки планеты: будь то соседний кабинет или сервисная служба производителя.

Возможность запрета работы на определенных частотах. Эта функция актуальна, если при некоторых скоростях наблюдаются резонансные явления в механизме, другими словами, если при этом установка начинает ходить ходуном и грозит вот-вот развалиться. Правда, пока у вас нет преобразователя, невозможно и выяснить, будут ли такие проблемы, а когда он появится, поздно будет что-либо менять. Поэтому лучше, чтобы возможность блокировки работы на определенных частотах была.

Автоматическая процедура согласования с двигателем. В простейших преобразователях никакого согласования нет: преобразователь выдает на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды, а параметры обмоток двигателя его не очень-то интересуют. Более современные модели требуют ввода ряда дополнительных параметров, которые нужно искать в справочниках. Преобразователи последних поколений либо используют так называемый идентификационный пуск, при котором преобразователь сам измеряет все параметры, либо проводят измерения непосредственно во время работы. В последнем случае это происходит незаметно для пользователя. На данную функцию стоит обращать внимание только в том случае, если ваш привод является очень сложным и ответственным.

Принцип управления. Можно выделить три типа управления – управление U/F (регулирование отношения напряжения к частоте), векторное управление полем и прямое управление моментом (указано в порядке возрастания «умности» и цены). Четкую границу провести между ними сейчас трудно, часто производитель использует в своем преобразователе элементы управления различных типов. В подавляющем большинстве применений достаточно первых двух типов управления, но при очень разной нагрузке и больших перегрузках может появиться необходимость прямого управления моментом. Если в вашем штате нет инженера по электроприводу, то в решении данного вопроса лучше проконсультироваться с продавцом.

Возможность использования нескольких наборов параметров. Такая функция позволяет настроить преобразователь на два или более режимов работы и переключаться между ними с помощью тумблера или другого внешнего сигнала. Это может помочь, если вы планируете использовать прибор с различными двигателями, при разных нагрузках, в разных условиях и т.д.

Здесь не перечислено и половины возможных дополнительных функций. Если у вас есть какие-то экзотические пожелания (просмотр телепрограмм во время работы, подогрев чайника на тормозном резисторе и т.п.), не стесняйтесь спрашивать – вдруг у кого-то эти функции предусмотрены!

Несмотря на несколько шутливый тон этой статьи, к вопросу выбора стоит отнестись очень серьезно. Не стоит завышать свои требования, но и отказываться от нужных функций не нужно. Помните, что за все возможности нужно будет заплатить. Мы намеренно не коснулись здесь вопросов надежности оборудования, поскольку этот вопрос обычно каждый решает для себя сам, а спорить о надежности продукции того или иного производителя можно до бесконечности… Автору остается только пожелать вам успехов в выборе, а выбранному преобразователю – долгих лет жизни.

Руслан ХУСАИНОВ, технический директор ЗАО «Сантерно»

Многие электрические приборы, используемые как в хозяйственных, так и в промышленных целях, нуждаются в преобразователе частоты - приборе, который дает возможность изменять частотный импульс электрического тока, изменяя вместе с тем и его напряжение. Чаще всего такие приборы преобразовывают однофазный ток в трехфазный или наоборот, понижая (повышая) напряжение в диапазонах 220-380 В. Очень часто такие изделия применяются для регулировки скорости синхронного или асинхронного двигателя. Тем самым мотор может выполнять свои функции более эффективно, а результат получается хорошим.

Что из себя представляет частотный преобразователь?

Любой частотный преобразователь состоит из ряда схем, в состав которых входят транзистор, тиристор, а также микропроцессор, обеспечивающий управление электронными ключами силового типа. Современные модели обладают многочисленными дополнительными функциями, включая защиту, диагностику, а также комплексный контроль. Чаще всего в приборах сегодня используется принцип широтно-импульсной модуляции, который зарекомендовал себя как действенный и эффективный в практическом применении. Удобная система регулировки дает возможность выставить нужный тип исходящего напряжения и величины тока.

Что учитывать при выборе частотного преобразователя?

Чтобы подобрать для себя наиболее подходящую модель следует исходить из конкретных конструктивных особенностей моделей, а именно: его мощности, размера, веса, мобильности, наличия векторного или скалярного контроля за двигателем, типа электропривода и так далее. Вместе с тем нужно учитывать, что наличие специального датчика скорости - энкодера, который позволяет достичь требуемых показаний в плане требуемой эффективности.

Данный преобразователь частоты немецкого производства обладает встроенным дросселем, фильтром ЭМС, а также силовым разъединителем. Благодаря своей компактности и простому обслуживанию, такие устройства получили широкое распространение не только в промышленном, но и бытовом применении. Эффективная система охлаждения через тыльный канал дает возможность эксплуатировать аппарат практически без перерывов, причем с выдаваемым КПД до 98%.

Цена модели Danfoss VLT HVAC Basic Drive FC 101 5,5 кВт в России составляет порядка 48 тыс. руб.

Используемые модели преобразователей частоты Siemens отличаются высокой надежностью и универсальностью применения, включая вентиляторы, насосы, компрессора, транспортеры и так далее. Имея диапазон напряжений 208-240 В +/-10% 380-480 В +/-10%, КПД моделей составляет порядка 97%. Вместе с тем комплексная система торможения, включающая в себя динамический, комбинированный и генераторный надежно защищает аппарат от перегрева, блокировки и короткого замыкания.

Стоимость модели Siemens 6SE6420-2AC23-0CA1 составляет около 24 тыс. руб.

Современные устройства бренда MICROMASTER отличаются инновационной конструкцией, микропроцессорной системой управления, а также низким уровнем шума при работе. Благодаря широтно-импульсной модуляции, а также IGBT транзисторам, многие устройства данной компании применяются для защитных функций. Имея 2 аналоговых входа, 8 дискретных входов, модульную конструкцию, а также внешние опции для обмена данными, такие преобразователи частоты зарекомендовали себя очень хорошо.

Цена модели MICROMASTER 420 составляет 12,2 тыс. руб.

Как самому сделать выносной пульт и подключить частотный преобразователь (видео)

Фото: kub-privod.ru, nasos-reduktor.fis.ru, fainaidea.com

Антиарис (bonkonko) Семейство: Морозовые Коммерческие названия: bonkonko (Германия и Нидерланды); кирунду (Франция). Другие названия: oro, ogiovu (Нигерия); ех ен ех ен (Гана); кирунду (Уганда); ако (Берег Слоновой Кости); андум (Габон); цангу (Конго); акече (Сьерра-Леоне). Распространение: Западная, Центральная и Восточная Африка. Описание древесины Антиарис Сердцевина древесины от кремового до желто-серого цвета. Текстура от средней до грубой,…

Анингерия (включая 5 подвидов) Семейство: Сапотовые Коммерческое название: ancgré (Великобритания и США). Другие названия: aninģuerie, anicģre (Берег Слоновой Кости); ландосан (Нигерия); муна (Кения); осан (Уганда); мукали, кали (Ангола). Распространение: Западная Африка; Восточная Африка; Восточная Африка; Танзания. Описание древесины Анингерия Сердцевина древесины кремово-коричневого цвета с розоватым оттенком. Узор, обычно, – прямые линии, однако, встречаются волны, пятнистость….

Мангал для дачи – отличная идея, он подойдет для пикника, позволит вкусно приготовить шашлык либо картошку с овощами. В магазинах предлагаются различные варианты и при подборе учитываются факторы: Используемый материал. Размеры конструкции. Тип сборки. Материал товара. В магазинах покупатели обращают внимание на металлические мангалы, однако они могут делаться из чугуна, стали либо специальных сплавов. Если…

Андироба (Карапа) Семейство: Мелиевые Другие названия: крабвуд (Гайана); краппа (Суринам); фигероа (Эквадор); караполе (Гваделупа); карапа (Гвиана); камакари (Бразилия); масабало (Колумбия). Распространение: Карибский бассейн, Центральная и Южная Америка. Описание древесины Андироба Древесина имеет цвет от красного до светло-красного, темнеет при сушке. Фактура, в основном, гладкая, однако, иногда переплетается с рябью в более плотной ткани, создавая фигуру…

Амбойна (Нарра) Семейство: Бобовые Коммерческие названия: розовое дерево (Филиппины, Папуа – Новая Гвинея). Саженцы продаются под торговым названием AMBOYNA BURR. Другие названия: красная нарра, желтая нарра, сена, ангсена. Распространение: Ост-Индия. Описание древесины Амбойна Сердцевина дерева варьируется от светло-желтого, золотисто-коричневого до кирпично-красного цвета. Древесина родом из Кагаяна обычно тверже и тяжелее, она кроваво-красного цвета. Амбойна обладает…

Создание трёхфазного асинхронного электродвигателя пришлось на конец XIX века. С тех пор, никакие промышленные работы не являются возможными без его использования. Наиболее значимый момент в рабочем процессе — плавный пуск и торможение двигателя. Это требование в полной мере выполняется при помощи частотного преобразователя.

Существует несколько вариантов названий частотника для трёхфазного электродвигателя. В том числе, он может называться:

Инвертором;
Преобразователем частоты переменного тока;
Частотным преобразователем;
Частотно регулируемым приводом.

С помощью инвертора осуществляется , предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Осуществляемое при этом движение можно трансформировать в движение другого типа.

«Треугольник».

Схема актуальна, если требуется управлять однофазным приводом. Уровень мощности преобразователя в схеме при этом составляет до трёх киловатт, а мощность не теряется.

«Звезда».

Способ, подходящий для подключения клемм трёхфазных частотников, питаемых промышленными трёхфазными сетями.

На рисунке схема подключения частотника 8400 Vector

Для ограничения пускового тока и снижения пускового момента при запуске электрического двигателя по мощности превосходящего 5 кВт, применяется переключение «звезда-треугольник».

Когда на статор пускается напряжение, то фигурирует подключение устройства по типу «звезда». Как только значение скорости двигателя начинает соответствовать номинальному, поступление питания осуществляется по схеме «треугольник». Но этот приём используется, только когда технические возможности позволяют подключаться по двум схемам.

В объединённой схеме «звезды» и «треугольника» наблюдаются резкие скачки токов. При переходе на второй тип подключения показания по вращательной скорости значительно уменьшаются. Для восстановления прежнего режима работы и частоты оборотов следует осуществить увеличение силы тока.

Наиболее активно применяются частотники в конструкции электрического двигателя с уровнем мощности 0,4 — 7,5 кВт.

Сборка преобразователя частот своими руками

Одновременно с промышленным производством частотных преобразователей, остаётся актуальной сборка подобного устройства своими руками. Особенно этому способствует относительная простота процесса. В результате работы инвертора производится преобразование одной фазы в три.

Применение в бытовых условиях электрических двигателей, имеющих в комплектации подобное устройство, не вызывает никаких дополнительных затруднений. Поэтому можно смело браться за дело.

На рисунке структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока.

Схемы частотного преобразователя, используемые при сборке, состоят из выпрямительного блока, фильтрующих элементов (отвечающих за отсечение переменной составляющей тока и конструируемых из IGBT-транзисторов). По стоимости покупка отдельных компонентов преобразователя и выполнение сборки своими руками обходится дешевле, чем приобретение готового устройства.

Применять самосборные частотные преобразователи можно в электродвигателях имеющих мощность 0,1 — 0,75 кВт.

В то же время, современные заводские частотники имеют расширенную функциональность, усовершенствованные алгоритмы и улучшенный контроль безопасности рабочего процесса ввиду того, что при их производстве используются микроконтроллеры.

Сферы применения преобразователей:

Машиностроение;
Текстильная промышленность;
Топливно-энергетические комплексы;
Скважинные и канализационные насосы;
Автоматизация управления технологическим процессом.

Стоимость электродвигателей находится в прямой зависимости от того, есть ли в его комплектации преобразователей.

Частотный преобразователь применяется вкупе с асинхронным двигателем, преобразуя в автоматическом режиме частоту переменного тока к требуемым параметрам. Таким образом прибор контролирует скорость и момент электродвигателей в непрерывном процессе. Используя электротехническое устройство, можно не только полностью автоматизировать производственные процессы, но и добиться существенной экономии электроэнергии – до 50%.

Современные преобразователи частоты

Рынок электротехнического оборудования представлен частотными преобразователями широкого спектра применения. Устройства могут быть как небольшой мощности, так и высоковольтными агрегатами. Современное оборудование обеспечивает непрерывное управления процессом в системах с асинхронными и синхронными двигателями.

Устройства управления частотой нашли широкое применение практически во всех отраслях промышленности и транспорта. Основная доля всей электроэнергии, производимой в мире, используется для работы электрических двигателей, а функция управления их работой возложена на частотные преобразователи.

Современные частотники применяются в качестве средств управления в следующих системах и оборудовании:

· конвейерные механизмы;

· подъемное оборудования (краны, лифты);

· насосы и системы очистки воды;

· станки промышленного назначения;

· вентиляторы.

Правильный выбор устройства по заранее заданным критериям позволит обеспечить непрерывную и стабильную работу привода и сократить затраты на электроэнергию.

Разновидности частотных преобразователей

В зависимости от условий эксплуатации частотник должен иметь соответствующие технические характеристики и должный уровень защиты. Так, в простейшем случае прибор со степенью защиты IP 20 имеет стандартный корпус, надежно защищающий от влаги и пыли. Химическая и горнодобывающая промышленность требует использование устройств со степенью защиты IP 54 и IP 65. Модульная архитектура частотных преобразователей позволяет настроить прибор под индивидуальные условия и воспользоваться дополнительными опциями.

Для асинхронных электродвигателей

Асинхронные силовые агрегаты по степени использования в промышленности и быту занимают лидирующие позиции. Ввиду конструктивных особенностей эти приводы имеют свои недостатки, для устранения которых и было, на самом деле, создано устройство управления скоростью. Правильно подобранный контролер частоты позволяет снизить пусковой ток почти на 80% и добиться плавного регулирования процесса вращения ротора.

Для вентиляторов

Частотный преобразователь в вентиляционных системах имеет первоочередную значимость. Благодаря ему изменение скорости и частоты вращения вентилятора производится мягко и непрерывно. Стабильная и автоматическая регулировка работы оборудования настраивается на основании заранее заданных параметров, куда обычно входят температура и влажность воздуха, концентрация сторонних веществ и др. Существует опция для настройки автоматического включения/отключения системы или ее отдельных узлов.

Частотные преобразователи для насоса (оборудования)

Основным рабочим элементом современных насосов является электродвигатель, работа которого регулируется посредством рядом механических устройств. В недавнем прошлом такими механизмами выступала запорно-регулирующая арматура (вентили, задвижки, затворы). В современных насосных системах регулировка потока жидкости осуществляется с помощью частотных преобразователей. На сегодня частотные преобразователи могут работать в паре с насосом точно так же как и электродвигателями, что в свою очередь, может продлить срок эксплуатации насосного оборудования в несколько раз.

Возможности преобразователя частоты

Функциональные возможности современных частотников существенно расширены и позволяют автоматизировать работу электроприводов даже в самых сложных условиях.

Работа при нестабильном напряжении

Не все электрические сети могут обеспечить подключенное оборудование стабильным питанием. В идеале, современные преобразователи правильно выполняют свои функции в диапазоне напряжения питающей цепи 380-460 В, допустимое отклонение – 10%. Модели частотников, представленные на странице позволяют сохранить работоспособность электродвигателя посредством автоматического перезапуска после кратковременного отключения (просадки) питания с плавным изменением скорости и момента мотора.

Работа на резонансных частотах

Собственная резонансная частота некоторых механизмов может вызывать недопустимые вибрации, часто являющиеся причиной выхода системы управления из строя. Благодаря функции исключения недопустимых частот работа частотника становится безопасной, а сам механизм защищен от возможной поломки.

Сетевой обмен

Для совместной работы электродвигателя и системы автоматического управления используются различные протоколы передачи данных. Наибольшее распространение получил протокол связи Modbus с интерфейсом RS-485, однако в зависимости от используемого оборудования вопрос об использовании того или иного протокола уточняется для каждого конкретного случая.

Оптимальный выбор преобразователя частоты сводится к соответствию его функциональности техническим характеристикам электродвигателя. На сайте компании «ЭНЕРГОПУСК» приведен огромный ассортимент электронных регулирующих устройств, где можно остановится на оптимальном выборе электротехнического прибора исходя из экономической целесообразности покупки и эксплуатации.

Мощность частотного преобразователя

Мощность является одним из наиболее основных параметров электропривода. При выборе частотника, в первую очередь, следует определится с его нагрузочной способностью. В соответствии с имеющейся номинальной мощностью двигателя выбирается ЧП, рассчитанный на такую же мощность. И такой выбор будет являться правильным при условии, что нагрузка на валу не будет динамично изменяться, ток не будет значительно превышать номинальное установленное значение, как для данного двигателя, так и устройства распределения частоты. Поэтому более корректным было бы производить выбор по максимальному значению тока потребляемого от ЧП с учетом перегрузочной способности последнего. Обычно способность к перегрузкам указывается в процентах от номинального тока совместно с максимально допустимым временем действия данной перегрузки до активации непосредственной защиты. Таким образом, для правильного выбора нужно знать характер перегрузок именно вашего механизма, в частности: каков уровень перегрузок, какова их длительность и как часто они появляются.

Напряжение сети для частотного преобразователя

Так же важным является вопрос о питающем напряжении. Наиболее распространенный случай - это питание от трехфазной промышленной сети 380В, но возможны варианты, когда привод рассчитан на работу от однофазной сети 220-240В. Как правило, последний ограничивается рядом мощностей до 3,7кВт. Существуют варианты и высоковольтного привода, дающие возможность управлять более мощными двигателями, с мощностями измеряющимися уже в МВт, при относительно меньших значения тока.

Каждый из вариантов применим для различного рода решений, и зависит как от возможностей электроснабжения, так и от ряда возможностей обусловленных применением соответствующего привода.

Диапазон регулирования частотного преобразователя

Если скорость не будет падать ниже 10% от номинальной, то подойдет практически любой частотник, но если нужно снижать скорость и далее, обеспечивая при этом номинальный момент на валу, нужно убедиться в способности частотного преобразователя двигателя обеспечить работу на частотах, близких к нулю. Кроме того, с диапазоном регулирования частоты вращения связан еще один вопрос, который требует решения, - охлаждение электродвигателя. Обычно асинхронный эл.двигатель (с самовентиляцией) охлаждается вентилятором, закрепленным на его валу, поэтому при снижении скорости эффективность охлаждения резко падает.

Некоторые электронные устройство для изменения частоты снабжены функцией контроля теплового режима с помощью обратной связи через датчик температуры установленного на самом двигателе. Существуют и другие варианты решения данного вопроса, но уже без использования данного устройства.

Необходимость режима торможения преобразователя частоты

Торможение выбегом (инерционное торможение), аналогично отключению двигателя от питающей сети, при этом процесс может занять продолжительное время. Особенно если это высокоинерционные механизмы. С помощью частотного распределения электроимпульса можно осуществить остановку или торможение с переходом на более низкую скорость работы за более короткий промежуток времени. Возможно несколько вариантов:

отдать в сеть электроэнергию (режим рекуперативного торможения);
выполнить остановку подачей на обмотки статора напряжения более низкой частоты или постоянного напряжения, тогда избыток запасенной кинетической энергии выделится в виде тепла через радиаторы преобразовывающие электроэнергию и сам двигатель (режим торможения постоянным током);
выполнить остановку или торможение с использованием тормозного прерывателя и комплекта тормозных резисторов

Целесообразность применения того или иного метода рассматривается в основном с точки зрения экономической выгоды. Так рекуперация в сеть более выгодна в плане экономии электроэнергии, привод с использованием тормозного сопротивления - более дешевое техническое решение, торможение двигателем вообще не требует дополнительных затрат, но в свою очередь возможно только при малых мощностях.

Преобразователи частоты как способ управления электродвигателем

Некоторые механизмы могут управляться от задающего сигнала на условиях плавного изменения оборотов, а в некоторых случаях требуется работа на фиксированных скоростях. Причем, и в том и другом случае возможно управление, как с пульта управления ЧП, так и с использования клемм цепей управления электронного устройства плавно понижая или повышая ток, кнопок, переключателей и потенциометров.

При реализации последнего варианта необходимо убедиться в достаточном количестве требуемых входов. В случае использования внешнего управляющего устройства (контроллера, логического реле и т.д.), необходимо убедиться в согласовании по техническим параметрам. Обычно это токовые или вольтовый сигналы с диапазонами 0%u202620мА, 4%u202620мА и 0%u202610В соответственно. Если управление электропривода происходит по сети, то необходимы наличие соответствующего интерфейса и поддержка соответствующего протокола передачи данных.

Управление двигателем может проходить автоматически, для этого необходимо наличие ПИД-регулятора и возможность организовать обратную связь от датчика контролируемого параметра

Индикация параметров электропривода

В основном любой преобразователь изменения частоты имеет панель с дисплеем и необходимыми органами управления для проведения пуско-наладки и управления. Этот же дисплей в процессе функционирования возможно использовать для отображения каких-либо параметров.

Дисплеи могут отличаться количеством строчек, а значит, информативностью, типом самого дисплея (семисегментный индикаторный либо жидкокристаллический). В случае невозможности во время работы наблюдать параметры на дисплее самого эл.привода, используя аналоговые и дискретные (релейные, транзисторные) выходы, можно вывести необходимую информацию на пульт дистанционного управления.

Помимо индикации параметров (состояния «работа», «авария», «режим торможения», значение тока нагрузки, обороты двигателя, частота и напряжение питающей сети и др.) некоторые устройства имеют возможность формировать сигналы управления посредством тех же аналоговых и дискретных выходов, тем самым реализовывать более сложные системы управления.

Функции защиты

Кроме функций управления на электронное устройство изменения частоты обычно возлагаются функции защиты. Как правило, основным набором являются:

ограничение тока при пуске, при продолжительной работе, при остановке и коротком замыкании;
защита от перенапряжения и пониженного напряжения;
контроль температуры двигателя;
защита от перегрева радиатора;
защита выходных IGBT.

Монтаж и установка частотного преобразователя

Важным моментом является выбор предполагаемого места установки частотного преобразователя, а отсюда условий его эксплуатации:

ограничение тока при пуске, при продолжительной работе, при остановке и коротком замыкании
диапазон рабочих температур
влажность
высотность
вибрации
степень защиты (IP)

Компактность в некоторых случаях является решающим фактором на этапе выбора. Каковы габариты устанавливаемого привода и способ установки? Возможно ли радиаторы силовой части ЧП вынести на тыльную часть, обеспечив при меньших габаритах шкафа достаточную вентиляцию?

Информация об условиях окружающей среды является неотъемлемой частью технических характеристик, при выборе частотного преобразователя, и не соблюдение их при установке может привести к выходу его из строя. В процессе установки возникает множество вопросов, но это одни из первых с которыми приходится столкнуться.

Функциональные возможности

Современные электроприводы имеют множество функциональных возможностей. Перечислим часто встречающиеся по мере их важности.

Работа при нестабильном питании .

Это актуальный параметр особенно при использовании в России. Отсюда вопрос: «каков допустимый диапазон питающего напряжения?». Хорошим диапазоном напряжения питающей сети для современных частотников является 380-460 В с отклонением ±10%. Следует уточнить каковы действия частотного преобразователя при просадке или полном отключении питания на короткое или очень короткое время?

Возможно ли сохранение работоспособности с пропорциональным изменением скорости, момента двигателя, автоматический перезапуск после восстановления питания, подхват скорости работающего двигателя при повторном пуске после пропадания питания и т.д. Если имеющиеся функциональные возможности обеспечивают допустимый режим работы механизма с сохранением его работоспособного состояния, то можно считать, что вопрос о нестабильном питании для вас снят, в противном случае стоит либо решить вопрос с электроснабжением, либо задуматься о выборе другого оборудования.

Исключение работы на резонансных частотах .

Некоторые механизмы имеют собственные резонансные частоты при работе на которых наблюдаются недопустимые вибрации, что может привести к поломке оборудования. В таких случаях функция исключения недопустимых частот в преобразователе позволит обезопасить механизм от его преждевременного выхода из строя.

Сетевой обмен .

Обычно требуется либо включить привод в систему автоматического управления, либо предусмотреть перспективу такого использования систем изменения частоты электрического тока в будущем. Для этого необходимо разобраться со стандартом и протоколом связи.

В настоящее время существует большое их разнообразие, позволяющее сделать работу в режиме САУ наиболее оптимальной. Отличаться они могут удаленностью, количеством связываемых объектов и помехозащищенностью.

Наиболее распространенный вариант %u2013 это интерфейс RS-485 и протокол передачи данных Modbus, но для согласования работы в составе системы автоматического управления этот вопрос следует более подробно уточнить у поставщика либо у производителя.

Автоматическая настройка .

На сегодняшний день выбор электроприводов довольно велик, но еще встречаются простейшие модели в которых не производится настройка под параметры двигателя, а точнее его обмотки. В более поздних моделях требуется вводить ряд дополнительных справочных данных.

Частотные преобразователи имеют возможность провести так называемый идентификационный пуск (режим автонастройки), при котором еще до пуска, либо уже у вращающегося двигателя параметры обмоток определяются автоматически. Если на выбираемом приводе предполагается реализовать прецизионную систему управления, то этот вопрос является особенно актуальным.

Принцип управления ЧП .

В наиболее распространенном частотно-регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное управление.

Скалярное управление строится на принципе постоянства отношения выходного напряжения частотного преобразователя к его выходной частоте. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента электродвигателя текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность электромотора.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электрической машиной. Скалярное управление применимо для большинства практических случаев использования частотного электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения до 1:40 .

Векторное управление, в свою очередь, позволяет существенно повысить точность поддержания выходной частоты, точность регулирования по скорости, а также точность поддержания момента. Так же отличительной особенностью векторного регулирования является возможность управлять моментом на валу мотора при его работе на частотах близких к нулю. Возможность использования нескольких наборов параметров. Последнее поколение преобразователей имеет функциональную возможность выбирать различные комбинации настроек для нескольких режимов работы одного и того же электромеханического преобразователя или для нескольких, имеющих различные технические параметры.

Количество функций описанных выше - малая часть из их огромного множества, исчисляемого уже сотнями в оборудовании последнего поколения. Выбирать необходимые нужно исходя из тех требований, которые диктуют предполагаемые области их применения. Вряд ли этап подбора частотного преобразователя ограничивается решением выше указанных вопросов, но это те из них с которыми приходится столкнуться на первоначальном этапе.

Выбор частотника, как высокотехнологичного оборудования, сам по себе не прост и в конечном итоге сводится к экономической целесообразности приобретения и использования. Отсюда, не стоит слишком завышать требования и тем самым переплачивать за неиспользуемые опции, и в тоже время отказываться от необходимых, в надежде сделать механизм, привод и систему в целом работоспособными.