Как подобрать частотный преобразователь на двигатель насоса. Как выбрать преобразователь частоты перед тем как его купить. Способы управления электродвигателем

Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?

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 каталог 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 электродвигателем 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.

Современные преобразователи частоты

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.

Разновидности частотных преобразователей

Для асинхронных электродвигателей

Для вентиляторов

Частотные преобразователи для насоса (оборудования)

Возможности преобразователя частоты

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

Сетевой обмен

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

Диапазон регулирования частотного преобразователя

Необходимость режима торможения преобразователя частоты

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

Преобразователи частоты как способ управления электродвигателем

Индикация параметров электропривода

Функции защиты

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

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

Функциональные возможности

Работа при нестабильном питании .

Исключение работы на резонансных частотах .

Сетевой обмен .

Автоматическая настройка .

Принцип управления ЧП .

Выбор преобразователя частоты

При определении характеристик преобразователя частоты для заданной нагрузки первым шагом является рассмотрение нагрузочных характеристик. Существуют четыре различных способа расчета требуемых выходных параметров, при этом выбор способа зависит от характеристик электродвигателя.

Нагрузочные характеристики

Прежде чем определить типоразмер преобразователя частоты, необходимо провести различие между двумя наиболее широко используемыми нагрузочными характеристиками. Нагрузочные характеристики различаются между собой следующим образом:

Рис. 1. Постоянный и квадратичный нагрузочный момент

Когда скорость центробежных насосов и вентиляторов увеличивается, потребляемая мощность возрастает в третьей степени (Р = n 3).

Обычный рабочий диапазон центробежных насосов и вентиляторов лежит в пределах скоростей от 50 до 90 %. Коэффициент нагрузки возрастает пропорционально квадрату скорости, т. е. приблизительно от 30 до 80 %.

Оба эти фактора проявляются в характеристиках крутящего момента электродвигателя, управляемого преобразователем частоты.

На рис 2 и 3 показаны характеристики крутящего момента для двух типоразмеров преобразователей частоты, один из них (рис. 3) имеет меньший диапазон мощности, чем другой. Для обеих характеристик крутящего момента были заданы одинаковые нагрузочные характеристики центробежного насоса.

На рис. 2 весь рабочий диапазон насоса (0-100 %) находится в пределах номинальных значений параметров двигателя. Поскольку обычный рабочий диапазон насоса находится в пределах 30-80 %, можно выбрать преобразователь частоты с меньшей выходной мощностью.

Рис. 2. Преобразователь частоты большой мощности

Рис. 3. Преобразователь частоты малой мощности

Если нагрузочный момент постоянен, электродвигатель должен быть способен развивать крутящий момент, превышающий нагрузочный момент, поскольку избыточный крутящий момент используется для разгона.

Для разгона и обеспечения высокого начального момента, например в случае привода ленточных транспортеров, достаточен кратковременный перегрузочный момент, составляющий 60 % от момента, развиваемого преобразователем частоты. Перегрузочный крутящий момент также обеспечивает системе способность преодолевать внезапные увеличения нагрузки. Преобразователь частоты, который не допускает никакого перегрузочного момента, должен выбираться таким образом, чтобы ускоряющий крутящий момент (T B) находился в пределах номинального крутящего момента.

Рис. 4. Перегрузочный крутящий момент используется для разгона

При определении нагрузочных характеристик рассматриваются четыре разных набора технических характеристик электродвигателя, позволяющие принять решения относительно выбора типоразмера преобразователя частоты по мощности.

1. Преобразователь частоты можно выбрать быстро и точно на основе значения тока l M , который потребляет электродвигатель. Если электродвигатель загружается не полностью, его ток может быть измерен при работе аналогичной системы с полной нагрузкой.

Рис. 5.

Электродвигатель 7,5 kW, 3 х 400 В потребляет ток 14,73 А.

Что касается технических данных преобразователя частоты, то выбирается такой преобразователь, у которого длительный максимальный выходной ток больше или равен 14,73 А при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента.

Примечание:

Если преобразователь частоты выбирается на основе мощности (способы 2-4), необходимо сравнить расчетную мощность и мощность, указанную в технических данных преобразователя частоты, при одном и том же напряжении. Если преобразователь частоты рассчитывается на основе тока (способ 1), этого не требуется, поскольку выходной ток преобразователя частоты влияет на другие данные.

2. Преобразователь частоты можно выбирать на основе полной мощности S M , потребляемой электродвигателем и полной мощности, подаваемой преобразователем частоты.

Рис. 6.

Пример расчета и выбора преобразователя частоты:

Электродвигатель 7,5 kW, 3x400 В потребляет ток 14,73 А. Sm =U х I х √3 / 1000 = 400 х 14.73 √3 / 1000= 10,2 кВА

Что касается технических данных преобразователя частоты, то выбирается такой преобразователь частоты, у которого длительная максимальная выходная мощность больше или равна 10,2 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента.

3. Преобразователь частоты можно также выбирать по мощности Р м, вырабатываемой электродвигателем. Однако данный способ является неточным, поскольку cos φ и коэффициент полезного действия η изменяются с нагрузкой.

Рис. 7.

Пример расчета мощности электродвигателя

Электродвигатель мощностью 3 кВт, имеющий cos φ = 0,80 и η = 0,81, потребляет мощность S M = P M /(η х cos φ) = 3,0 / (0,80 х 0,81)=4,6 кВА

Что касается технических данных преобразователя частоты, то выбирается такой преобразователь, у которого длительная максимальная выходная мощность больше или равна 4,6 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента.

4. На практике номинальная мощность большинства преобразователей частоты соответствует стандартной серии асинхронных электродвигателей. Поэтому преобразователи частоты часто выбирают исходя именно из этого соображения, что, однако, может привести к неточному определению их характеристик, особенно если электродвигатель не нагружается полностью.

Рис. 8.

Распределение тока в преобразователе частоты (cos φ (фи) электродвигателя)

Ток для намагничивания электродвигателя подается конденсатором, находящимся в промежуточной цепи преобразователя частоты. Ток намагничивания представляет собой реактивный ток, который протекает между конденсатором и электродвигателем (рис. 9).

Рис. 9. Токи в преобразователе частоты

Из сети поступает только активный ток (l W). Именно поэтому выходной ток преобразователя частоты всегда больше входного тока. Кроме активного тока из сети потребляется ток I loss , (ток потерь).

Пример расчета

При отсутствии нагрузки ток 4-полюсного электродвигателя мощностью 1,1 кВт равен 1,6 А. Выходной ток подключенного преобразователя частоты составляет около 1,6 А, а входной ток при работе без нагрузки почти равен нулю.

Изготовители электродвигателей обычно указывают cos φ электродвигателя при номинальном токе. При меньшем значении cos φ (например, в случае реактивного синхронного электродвигателя) номинальный ток электродвигателя при одинаковых значениях мощности и напряжения будет больше, как видно из следующего уравнения:

I S = I W / cos φ

Если преобразователь частоты выбирается по номинальному току электродвигателя (способ 1), то снижения номинального крутящего момента электродвигателя не происходит.

Конденсатор, подключенный к клеммам электродвигателя для компенсации реактивного тока, необходимо удалить. Ввиду высокой частоты коммутации преобразователя частоты конденсатор ведет себя как короткозамкнутая цепь и вызывает существенное увеличение тока электродвигателя. Преобразователь воспримет это как замыкание на землю или короткое замыкание и отключится.

Управление скоростью электродвигателя

Выходная частота преобразователя частоты и, следовательно, скорость электродвигателя управляются одним или несколькими сигналами (0-10 В, 4-20 мА или импульсами напряжения). Когда подается сигнал на увеличение скорости, скорость электродвигателя возрастает, и вертикальная часть характеристик крутящего момента электродвигателя сдвигается вправо (рис. 10).

Рис. 10. Зависимость между управляющим сигналом и характеристиками крутящего момента электродвигателя

Если нагрузочный момент меньше, чем номинальный крутящий момент электродвигателя, скорость достигнет требуемого значения. Как показано на рис. 11, нагрузочные характеристики пересекаются с характеристиками крутящего момента электродвигателя в вертикальной части (в точке А). Если пересечение происходит в горизонтальной части (точка В), скорость электродвигателя не может длительное время превышать соответствующее значение, Преобразователь частоты допускает превышение предельного тока короткого замыкания без отключения (точка С), но продолжительность превышения обязательно должна быть ограничена по времени.

Рис. 11. Ток электродвигателя может в течение короткого времени превышать предел по току

Рампы разгона и торможения

Характеристика (рампа) разгона показывает темп, с которым происходит увеличение скорости вращения, и задается в виде времени разгона t acc . Эти рампы базируются, главным образом, на номинальной частоте электродвигателя, например, рампа разгона 5 с означает, что преобразователю частоты потребуется 5 секунд для перехода от нулевой до номинальной частоты электродвигателя (f = 50 Гц).

Рис. 12. Время разгона и торможения

Рампа торможения показывает, насколько быстро снижается скорость. Она задается в виде времени торможения t dec .

Возможен непосредственный переход от разгона к торможению, поскольку электродвигатель всегда отслеживает выходную частоту инвертора.

Если известен момент инерции вала электродвигателя, можно вычислить оптимальные значения времени разгона и торможения.

t acc = J x (n 2 -n 1)/[(T acc – T fric) x 9,55]

tdec = J x (n 2 -n 1)/[(T acc + T fric) x 9,55]

J - момент инерции вала электродвигателя.

T fric – момент трения системы.

Т асс - избыточный (перегрузочный) момент, используемый для разгона.

T dec - тормозящий момент (момент торможения), который возникает при уменьшении задания скорости.

n 1 и n 2 - скорости вращения на частотах f 1 и f 2 .

Если преобразователь частоты допускает кратковременный перегрузочный момент, то моменты разгона и торможения устанавливаются равными номинальному крутящему моменту электродвигателя Т. На практике время разгона и время торможения обычно одинаковы.

Пример расчета

J = 0,042 кгм 2 , T fric = 0,05 x M N , n 1 = 500 об/мин, n 2 = 1000 об/мин, Т N = 27 Нм

tacc = J х (n 2 – n 1)/ [(Т асс - T fric) х 9,55] = 0,042 х (1000 - 500)/ [(27,0 - (0,05 х 27,0)) х 9,55] = 0,1 [с]

Динамическое торможение

Когда сигнал задания скорости снижается, электродвигатель ведет себя как генератор и тормозит. Замедление при торможении зависит от величины нагрузки электродвигателя.

Электродвигатели, подключенные непосредственно к сети, отдают мощность торможения обратно в сеть.

Если электродвигатель работает от преобразователя частоты, энергия торможения сохраняется в промежуточной цепи преобразователя частоты. Если мощность, выделяемая при торможении, велика и преобразователь частоты не может рассеять ее за счет собственной конструкции, напряжение промежуточной цепи возрастает.

Напряжение промежуточной цепи может расти до тех пор, пока преобразователь частоты не будет отключен средствами защиты, и иногда к промежуточной цепи приходится подключать нагрузку в виде тормозного модуля и внешнего резистора для поглощения мощности торможения.?

Использование тормозного модуля и тормозного резистора позволяет осуществлять быстрое торможение при больших нагрузках. Однако, при этом возникают проблемы, связанные с нагревом. Другим решением является использование блока рекуперативного торможения. Такие блоки применяются для преобразователей частоты с неуправляемым выпрямителем и возвращают энергию торможения в питающую сеть.

В преобразователях частоты с управляемыми выпрямителями мощность торможения может возвращаться в сеть (см. рис. 13) с помощью, например, инвертора, подключенного к выпрямителю встречно-параллельно.

Рис. 13. Включение тормозного модуля и тормозного резистора

Рис. 14. Инвертор, включенный встречно-параллельно

Другой способ торможения электродвигателя - торможение постоянным током. Для создания магнитного поля в статоре используется напряжение постоянного тока, подаваемое между двумя фазами электродвигателя. Поскольку энергия торможения остается в электродвигателе и возможен перегрев, торможение постоянным током рекомендуется использовать в диапазоне низких скоростей, чтобы не превышать номинальный ток электродвигателя. Обычно торможение постоянным током ограничивается во времени.?

Реверс

Направление вращения асинхронных электродвигателей определяется порядком следования фаз питающего напряжения.

Если поменять местами две фазы, направление вращения электродвигателя изменится, и он будет вращаться в противоположном направлении.

Большинство электродвигателей сконструировано таким образом, чтобы заставить вал двигателя вращаться по часовой стрелке, если соединение выполнено следующим образом:

Рис. 15. Направление вращения электродвигателя изменяется путем изменения порядка следования фаз

Этому же правилу отвечает и порядок следования фаз на выходных клеммах большинства преобразователей частоты.

Преобразователь частоты может осуществлять реверс электродвигателя путем изменения порядка следования фаз с помощью электроники. Реверс производится либо путем задания отрицательной скорости, либо цифровым входным сигналом. Если при первоначальном вводе в эксплуатацию требуется, чтобы электродвигатель имел определенное направление вращения, необходимо знать заводскую настройку преобразователя частоты по умолчанию.

Поскольку преобразователь частоты ограничивает ток электродвигателя номинальным значением, двигатель, управляемый преобразователем частоты, можно реверсировать чаще, чем двигатель, подключенный непосредственно к сети.

Рис. 16. Тормозной момент преобразователя частоты во время реверса

Рампы

Все преобразователи частоты имеют функции изменения скорости (рампы) для обеспечения плавной работы. Эти рампы можно изменять, и благодаря им задание скорости можно увеличивать или уменьшать в определенном интервале.

Рис. 17. Регулируемое время разгона и торможения

Угол наклона характеристики разгона/торможения (длительность разгона/торможения) можно установить таким малым, что в некоторых ситуациях электродвигатель не сможет отработать задание (не сможет разогнать/затормозить двигатель за заданное время).

Это приводит к увеличению тока электродвигателя до тех пор, пока не будет достигнут предел по току. В случае малого времени замедления (t -а) напряжение промежуточной цепи способно возрасти до такого уровня, что схема защиты преобразователя частоты остановит преобразователь.

Оптимальное время изменения скорости можно вычислить по приведенным ниже формулам.

t a = J x n/[(T N -T fric)x9,55]

t -a = J x n/[(T N +T fric)x9,55]

t a - время увеличения скорости

t -a - время уменьшения скорости

n - число оборотов

T N - номинальный крутящий момент электродвигателя

T fric - момент трения

Рис. 18. Установка времени изменения скорости

Время разгона/торможения обычно выбирается исходя из номинальной скорости электродвигателя.

Текущий контроль

Преобразователи частоты могут контролировать регулируемый процесс и вмешиваться в него при неисправности.

Такой контроль может быть разделен на три вида в зависимости от объекта: контроль технологической установки, контроль электродвигателя и контроль преобразователя частоты.

Контроль установки основан на контроле выходной частоты, выходного тока и крутящего момента электродвигателя. На основании этих параметров можно устанавливать несколько пределов, превышение которых воздействует на функцию управления. Этими пределами могут быть допустимая наименьшая скорость электродвигателя (минимальная частота), допустимый наибольший ток (предел по току) или допустимый наибольший крутящий момент электродвигателя (предельный крутящий момент).

Преобразователь частоты может быть запрограммирован, например, на подачу предупреждающего сигнала, уменьшение скорости электродвигателя или останов последнего в случае выхода его скорости за установленные пределы.

Пример

В установках, использующих для соединения электродвигателя с остальной частью системы клиновой ремень, преобразователь частоты может программироваться на контроль состояния этого ремня.

Поскольку в случае разрыва ремня выходная частота будет увеличиваться быстрее, чем определяется заданной рампой, в таких ситуациях можно использовать эту частоту для подачи предупреждения или останова электродвигателя.

Контроль электродвигателя можно производить с помощью преобразователя частоты путем мониторинга тепловой модели электродвигателя или путем подключения к электродвигателю термистора. Преобразователь частоты может предотвращать перегрузку электродвигателя, действуя подобно термореле. В вычислениях, производимых преобразователем частоты, участвует и выходная частота. Это гарантирует, что электродвигатель не будет перегружаться на малых скоростях из-за ухудшения внутренней вентиляции. Современные преобразователи частоты также способны защищать электродвигатели с принудительной вентиляцией, если ток становится слишком большим.

Контроль преобразователя частоты традиционно производится таким образом, что в случае перегрузки по току преобразователь отключается. Некоторые преобразователи допускают кратковременную перегрузку по току. Микропроцессор в преобразователе частоты способен одновременно учитывать значение тока электродвигателя и время его приложения, что обеспечивает возможность оптимального использования преобразователя частоты без перегрузки.

По материалам Danfoss

Содержание:

Трехфазные асинхронные двигатели нашли самое широкое применение в промышленности и других областях. Современное оборудование просто невозможно представить без этих агрегатов. Одной из важнейших составляющих рабочего цикла машин и механизмов является их плавный пуск и такая же плавная остановка после выполнения поставленной задачи. Такой режим обеспечивается путем использования преобразователей частоты. Эти устройства проявили себя наиболее эффективными в больших электродвигателях, обладающих высокой мощностью.

С помощью преобразователей частоты успешно выполняется регулировка пусковых токов, с возможностью контроля и ограничения их величины до нужных значений. Для правильного использования данной аппаратуры необходимо знать принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя. Его применение позволяет существенно увеличить срок службы оборудования и снизить потери электроэнергии. Электронное управление, кроме мягкого пуска, обеспечивает плавную регулировку работы привода в соответствии с установленным соотношением между частотой и напряжением.

Что такое частотный преобразователь

Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.

Преобразователи частоты нередко . Их основной принцип действия заключается в выпрямлении переменного напряжения промышленной сети. Для этого применяются выпрямительные диоды, объединенные в общий блок. Фильтрация тока осуществляется конденсаторами с высокой емкостью, которые снижают до минимума пульсации поступающего напряжения. В этом и заключается ответ на вопрос для чего нужен частотный преобразователь.

В некоторых случаях в схему может быть включена так называемая цепь слива энергии, состоящая из транзистора и резистора с большой мощностью рассеивания. Данная схема применяется в режиме торможения, чтобы погасить напряжение, генерируемое электродвигателем. Таким образом, предотвращается перезарядка конденсаторов и преждевременный выход их из строя. В результате использования частотников, асинхронные двигатели успешно заменяют электроприводы постоянного тока, имеющие серьезные недостатки. Несмотря на простоту регулировки, они считаются ненадежными и дорогими в эксплуатации. В процессе работы постоянно искрят щетки, а электроэрозия приводит к износу коллектора. Двигатели постоянного тока совершенно не подходят для взрывоопасной и запыленной среды.

В отличие от них, асинхронные двигатели значительно проще по своему устройству и надежнее, благодаря отсутствию подвижных контактов. Они более компактные и дешевые в эксплуатации. К основному недостатку можно отнести сложную регулировку скорости вращения традиционными способами. Для этого было необходимо изменять питающее напряжение и вводить дополнительные сопротивления в цепь обмоток. Кроме того, применялись и другие способы, которые на практике оказывались неэкономичными и не обеспечивали качественной регулировки скорости. Но, после того как появился преобразователь частоты для асинхронного двигателя, позволяющий плавно регулировать скорость в широком диапазоне, все проблемы разрешились.

Одновременно с частотой изменяется и подводимое напряжение, что позволяет увеличить и коэффициент мощности электродвигателя. Все это позволяет получить высокие энергетические показатели асинхронных двигателей, продлить срок их эксплуатации.

Принцип действия частотного преобразователя

Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.

В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения. Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах. Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.

Управление асинхронными двигателями осуществляется двумя способами:

Скалярное управление действует в соответствии с линейным законом, согласно которому амплитуда и частота находятся в пропорциональной зависимости между собой. Изменяющаяся частота приводит к изменениям амплитуды поступающего напряжения, оказывая влияние на уровень крутящего момента, коэффициент полезного действия и коэффициент мощности агрегата. Следует учитывать зависимость выходной частоты и питающего напряжения от момента нагрузки на валу двигателя. Для того чтобы момент нагрузки был всегда равномерным, отношение амплитуды напряжения к выходной частоте должно быть постоянным. Данное равновесие как раз и поддерживается частотным преобразователем.
Векторное управление удерживает момент нагрузки в постоянном виде во всем диапазоне частотных регулировок. Повышается точность управления, электропривод более гибко реагирует на изменяющуюся выходную нагрузку. В результате, момент вращения двигателя находится под непосредственным управлением преобразователя. Нужно учитывать, что момент вращения образуется в зависимости от тока статора, а точнее - от создаваемого им магнитного поля. Под векторным управлением фаза статорного тока изменяется. Эта фаза и есть осуществляющий непосредственное управление моментом вращения.

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя

Для того чтобы преобразователь частоты для асинхронного двигателя в полном объеме выполнял свои функции, его необходимо правильно подключить и настроить. В самом начале подключения в сети перед прибором размещается автоматический выключатель. Его номинал должен совпадать с величиной тока, потребляемого двигателем. Если предполагается эксплуатировать в трехфазной сети, то автомат также должен быть трехфазным, с общим рычагом. В этом случае при коротком замыкании на одной из фаз можно оперативно отключить и другие фазы.

Ток срабатывания должен обладать характеристиками, полностью соответствующими току отдельной фазы электродвигателя. Если частотный преобразователь планируется использовать в однофазной сети, в этом случае рекомендуется воспользоваться одинарным автоматом, номинал которого должен в три раза превышать ток одной фазы. Независимо от количества фаз, при установке частотника, автоматы не должны включаться в разрыв заземляющего или нулевого провода. Рекомендуется использовать только прямое подключение.

При правильной настройке и подключении частотного преобразователя, его фазные провода должны соединяться с соответствующими контактами электродвигателя. Предварительно обмотки в двигателе , в зависимости от напряжения, выдаваемого преобразователем. Если оно совпадает с меньшим значением, указанным на корпусе двигателя, то применяется соединение треугольником. При более высоком значении используется схема «звезда».

Далее выполняется подключение частотного преобразователя к контроллеру и пульту управления, который входит в комплект поставки. Все соединения осуществляются в соответствии со схемой, приведенной в руководстве по эксплуатации. Рукоятка должна находиться в нейтральном положении, после чего включается автомат. Нормальное включение подтверждается световым индикатором, загорающимся на пульте. Для того чтобы преобразователь заработал, нажимается кнопка RUN, запрограммированная по умолчанию.

После незначительного поворота рукоятки, двигатель начинает постепенно вращаться. Для переключения вращения в обратную сторону, существует специальная кнопка реверса. Затем с помощью рукоятки настраивается нужная частота вращения. На некоторых пультах вместо частоты вращения электродвигателя, отображаются данные о частоте напряжения. Поэтому рекомендуется заранее внимательно изучить интерфейс установленной аппаратуры.

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

Благодаря частотным преобразователям, работа современных асинхронных двигателей отличается высокой эффективностью, устойчивостью и безопасностью. Это особенно важно, поскольку каждый электродвигатель отличается индивидуальными особенностями режима работы. Поэтому оптимизации параметров питания агрегатов с использованием преобразователей частоты придается большое значение. Когда частотный преобразователь выбирается для каких-либо конкретных целей, в этом случае должны обязательно учитываться его рабочие параметры.

Нормальная работа устройства будет зависеть от типа электродвигателя, его мощности, диапазона, скорости и точности регулировок, а также от поддержания стабильного момента вращения вала. Эти показатели имеют первостепенное значение и должны органично сочетаться с габаритами и формой аппарата. Следует обратить особое внимание на то, как расположены элементы управления и будет ли удобно им пользоваться.

Выбирая устройство, необходимо заранее знать, в каких условиях оно будет эксплуатироваться. Если сеть однофазная, то и преобразователь должен быть таким же. То же самое касается и трехфазных аппаратов. Многое зависит от мощности асинхронных двигателей. Если при запуске на валу необходим высокий пусковой момент, то и частотный преобразователь должен быть рассчитан на большее значение тока.

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…