Зачем нужен частотный преобразователь для вентилятора
Перейти к содержимому

Зачем нужен частотный преобразователь для вентилятора

  • автор:

Преобразователь частоты для вентиляции

Решения на базе преобразователей частоты Danfoss для промышленной вентиляции обеспечивают высокую точность, удобное управление, а также низкую стоимость обслуживания. Управляя промышленной вентиляцией с помощью преобразователей частоты Danfoss, вы сможете оптимизировать процессы и значительно уменьшить расходы на электроэнергию и обслуживание.

Преобразователи частоты от Danfoss преобразуют показатели динамического давления в показатели расхода, что позволяет настраивать управление вентиляцией на основе фиксированного расхода или фиксированной разности расходов. Это оптимизирует как точность воздушного потока, так и потребление электроэнергии. Для дальнейшего улучшения управления вентиляцией преобразователи частоты, подключенные к вентиляторам, можно установить таким образом, чтобы они избегали интервалов частот, создающих резонанс и вызывающих повреждение вентиляционной системы или таких её дополнительных устройств, как пылеуловители.

Безопасная работа при перебоях электроснабжения

Перебои в системе электроснабжения могут негативно влиять на безопасность и продуктивность. Частотные преобразователи, питающие насосы и чиллеры, должны обладать высокой надёжностью и устоять при неисправности питания. Для достижения такого уровня надёжности преобразователи частоты Danfoss разработаны таким образом, что на их функционирование не влияют кратковременные падения напряжения и даже короткое замыкание, благодаря чему система работает бесперебойно.

Защита дополнительных устройств и операторов

Вы можете быть уверены в безопасности своего персонала и оборудования, поскольку преобразователь частоты обладает высоким ресурсом по обеспечению функциональной безопасности, что значительно экономит ваши время, расходы и силы. Такие преобразователи частоты, как VLT® HVAC Drive FC 102, поддерживают функцию STO (Безопасное отключение крутящего момента) в соответствии с IEC 61508 / IEC 62061. Для применения с высокими требованиями безопасности эта функция может быть расширена с помощью опций типа VLT® Safe Option MCB 150, представляющие собой внешние модули, которые обеспечивают такие функции, как SS1 (Безопасная остановка 1), SLS (Безопасное ограничение скорости), SMS (Безопасная максимальная скорость), управление внешними устройствами и управление/блокировку защитной двери.

Улучшенная система подачи и вытяжки воздуха

Преобразователи частоты VLT HVAC и VLT Refrigeration Drive оснащены встроенным умным контроллером и 4-мя ПИД-регуляторами для управления подачи и вытяжки воздуха посредством вентиляторов, клапанов и заслонок. Непосредственные цифровые контроллеры системы управления зданием не вовлекаются в процесс, а важные данные сохраняются, что понижает расходы на вентиляцию.

Преобразователь частоты VLT HVAC обрабатывает логические данные, показатели датчиков, сведения в реальном времени и действия, запрограммированные по времени. В результате он лучше управляет широким спектром задач:

  • Установление баланса между входящими и выходящими воздушными потоками;
  • Каскадное П-ПИ регулирование температуры;
  • Контроль за состоянием приводного ремня. Отслеживая связь между воздушным потоком и скоростью, преобразователь частоты может отслеживать обрыв ремня. Отсутствие воздушного потока обнаруживается немедленно, что позволяет принять меры и сократить расходы и длительность простоя.
  • График рабочих и выходных дней.

Надёжное подавление гармоник тока

Преобразователь частоты не только повышает точность, экономит электроэнергию и продлевает срок эксплуатации оборудования, но ещё выдает гармонические помехи в сеть. Если их не контролировать, они могут влиять на производительность и надёжность генераторов и прочего оборудования.

Для минимизации гармонических искажений Danfoss предлагает различные решения по их подавлению.

Преобразователи частоты

В данной статье мы рассмотрим что такое частотный преобразователь, сферы применения преобразователей частоты, их плюсы и минусы, а также схемы частотников.

  1. Виды преобразователей частоты
  2. Способы управления преобразователем
  3. Режимы управления частотными преобразователями
  4. Преимущества частотных преобразователей
  5. Сферы применения

Преобразователи частоты (или частотники) – электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения этих устройств – изменение частоты вращения и крутящего момента электрических машин асинхронного типа. Принцип действия управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения.

Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, насосных агрегатов, регулирующей арматуры и других устройств. Основным недостатком этих электрических машин являются постоянная скорость вращения, большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей возможно устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока.

Виды преобразователей частоты

Частотные преобразователи различаются по конструкции, принципу действия, способу управления. По конструктивному исполнению преобразователи частоты разделяют на две большие группы:

VF-51

Серия VF-51 – универсальный и компактный преобразователь частоты с перегрузкой 150%, мощностью от 0,4 до 22 кВт. Подходит для применения с насосами, вентиляторами, станками и конвейерами.

VF-51

Серия VF-101 – специализированный преобразователь частоты с перегрузкой 150%, мощностью от 0,75 до 1120 кВт, совместим с различными сетевыми протоколами. Подходит для систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также насосов, общепромышленных применений, в том числе с тяжелыми пусками.

Электромашинные частотники.

Электромашинные или индукционные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в режим генератора. Применяются такие электротехнические устройства относительного редко, в условиях, где затруднено или невозможно применение электронных частотных преобразователей.

Электронные преобразователи.

Полупроводниковые ЧП состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на базе микроконтроллеров. Это электротехническое оборудование пригодно для трехфазных и однофазных приводов любого назначения. Различают ЧП с непосредственной связью с питающей сетью и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.

Непосредственные преобразователи частоты

Такие частотники построены на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, включенных по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.

Устройства такого типа включаются непосредственно в питающую сеть.

Плюсы непосредственных преобразователей частоты:
  • Возможностью рекуперации электроэнергии в сеть при работе в режиме торможения двигателя. Непосредственное включение обеспечивает двусторонний обмен электричеством.
  • Высоким к.п.д. за счет однократного преобразования частоты.
  • Возможностью наращивания мощности за счет присоединения дополнительных преобразователей.
  • Широким диапазоном низких частот. Непосредственные преобразователи обеспечивают стабильную работу привода на малых скоростях.
Минусы непосредственных преобразователей частоты:
  • Аппроксимированная форма выходного напряжения с наличием постоянных составляющих и субгармоник. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает момент, создает помехи.
  • Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичную характеристику сетевого напряжения. Таким образом, при помощи этих устройств можно только снижать скорость вращения двигателей.
  • Основная сфера непосредственных преобразователей – электроприводы на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Частотные преобразователи этого типа выполнены на базе схемы двойного преобразования. Питающее сетевое напряжение преобразуется в постоянное, затем сглаживается и инвертируется в переменное выходное напряжение заданной частоты.

Плюсы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:
  • Возможностью получения выходного напряжения с частотой как выше, так и ниже аналогичного параметра сети питания. Частотники на базе схемы двойного преобразования используют для высоко- средне- и низкоскоростных электроприводов.
  • Чистой синусоидальной формой напряжения на выходе. Схема преобразователя позволяет получать переменное напряжение с минимальным отклонением от синусоидальной формы.
  • Возможностью построения простых и сложных силовых и управляющих схем для приводов с различными требованиями к скорости реагирования, диапазону скоростей.
  • Возможностью адаптации к сетям постоянного тока. Преобразователи данного типа можно приспособить для питания от резервных и аварийных источников постоянного тока без дополнительных устройств. Это позволяет применять такие частотники в приводах ответственного оборудования с резервными источниками электроэнергии.
  • Разнообразием алгоритмов управления. Преобразователи со звеном постоянного тока можно запрограммировать и адаптировать практически ко всем электроприводам, в том числе и претенциозным, где требуется особо точное регулирование скорости и момента.
Минусы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:
  • Относительно большую массу и габариты, что обусловлено наличием выпрямительного, фильтрующего и инверторного блоков.
  • Повышенные потери мощности. Схема двойного преобразования несколько уменьшает общий к.п.д.

Устройство преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока

Состоят такие преобразователи из нескольких основных блоков:

  • Выпрямителя. Для ЧП используются диодные и тиристорные преобразователи постоянного тока. Первые отличаются высоким качеством постоянного напряжения практически с полным отсутствием пульсации, низкой стоимостью и надежностью. Однако диодные выпрямители не позволяют реализовать возможность рекуперации электроэнергии в сеть при торможении двигателя. Выпрямители на тиристорах обеспечивают возможность протекания тока в обоих направлениях и позволяют отключать преобразователь от сети без дополнительной коммутирующей аппаратуры.
  • Фильтра. Выходное напряжение тиристорных управляемых выпрямителей имеет значительную пульсацию. Для ее сглаживания используют реакторы, емкостные или индуктивно-емкостные фильтры.
  • Инвертора. В ЧП используют инверторы напряжения и тока. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть и применяются для управления электрическими машинами с частым пуском, реверсом и остановкой, например, крановыми двигателями.
  • Частотники на базе инверторов напряжения выдают на выходе напряжение формы “чистый синус”. Благодаря этому преобразователи такого типа получили наиболее широкое распространение.
  • Микропроцессора. Этот блок осуществляет управление входным выпрямителем, прием и обработку сигналов с датчиков, взаимодействие с автоматизированной системой высшего уровня, запись и хранение информации о событиях, формирует выходное напряжения ЧП соответствующей частоты. А также выполняет функции защиты от перегрузок, обрыва фазы и других аварийных и ненормальных режимов работы.

Способы управления преобразователем

По принципу управления различают 2 основных вида частотных преобразователей:

ЧП со скалярным управлением

Частотники этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью, простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярные ЧП используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

ЧП с векторным управлением

Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ЧП такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать необходимый момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования. Применение векторных ЧП позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

ЧП с векторным управлением делятся на преобразователи бездатчикового типа и устройства с обратной связью по скорости. Последние используются для приводов с широким диапазоном регулирования скорости до 1:1000, необходимости позиционирования точного положения вала, регулирования момента при низких скоростях, точного поддержания частоты вращения, пуска двигателя с номинальным моментом. Преобразователи без датчика скорости применяют для приводов с более низкими требованиями.

Режимы управления частотными преобразователями

В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

1) Ручное управление.

Пуск и остановка электродвигателя осуществляются с панели или пульта управления частотника. При этом преобразователь осуществляет регулировку частоты вращения и остановку при возникновении аварийных ситуаций автоматически.

2) Внешнее управление.

ЧП с поддержкой интерфейсов передачи данных можно подключать к удаленному ПК для контроля текущих параметров и задания режимов работы привода.

3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”.

В таком режиме ЧП является исполнительным механизмом внешней системы управления.

4) Управление по событиям.

Некоторые модели ЧП позволяют запрограммировать время пуска или остановки, работу двигателя в другом режиме. Преобразователи такого типа применяют для полностью или частично автоматизированного технологического оборудования.

Преимущества частотных преобразователей.

Основные преимущества использования частотных преобразователей:

1) Экономия электроэнергии.

Применение ЧП позволяет снизить пусковые токи и регулировать потребляемую мощность двигателя в зависимости от фактической нагрузки.

2) Увеличение срока службы промышленного оборудования.

Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межремонтный интервал и продлить срок эксплуатации электродвигателей.
Возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек, электромагнитных тормозов и другой регулирующей аппаратуры. снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования.

3) Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.

ЧП не имеют движущихся частей, нуждающихся в регулярной чистке и смазке.

4) Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом.

Во многих частотниках реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики, они могут встраиваться в многоуровневые системы автоматизации.

5) Широкий диапазон мощности двигателей.

Частотные преобразователи устанавливают как на однофазные конденсаторные двигатели мощностью менее 1 кВт, так и на синхронные электромашины мощностью в десятки МВт.

6) Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.

ЧП комплектуют защитой от перегрузок, коротких замыканий, пропадания фаз. Преобразователи также обеспечивают перезапуск при возобновлении подачи электроэнергии после ее отключения.
Возможность бесступенчатой точной регулировки частоты вращения без потерь мощности, что невозможно при использовании редукторов.

7) Снижение уровня шума работающего двигателя.

Возможность замены двигателей постоянного тока асинхронными электрическими машинами с частотными регуляторами. Для оборудования, требующего регулировки момента и скорости вращения, часто используются двигатели постоянного тока, скорость вращения которых пропорциональна поданному напряжению. Такие электрические машины стоят дороже асинхронных и требуют дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные электромашины с частотным управлением дает хороший экономический эффект.

Сферы применения

Частотно-регулируемые приводы применяют:

  • Для кранов и грузоподъемных машин . Крановые двигатели работают в режиме частых пусков, остановок, изменяющейся нагрузки. ЧП обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пусках и остановках, остановку крана точно в требуемом месте, снижают нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
  • Для привода нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососов. Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный к.п.д . котельных агрегатов.
  • Для транспортеров, прокатных станов, конвейеров, лифтов. ЧП регулирует скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов, что увеличивает срок службы механических узлов. Для насосных агрегатов. ЧП позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и производительность, и существенно увеличить общий к.п.д системы водоподачи.
  • Для электродвигателей станков. Использование преобразователя частоты вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. ЧП широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

Внедрение частотно-регулируемых приводов дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и ТО двигателей и оборудования, возможности использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до трех лет.

Принцип работы частотного преобразователя

Частотные преобразователи — это ключевые устройства в современных технологиях, используемых для эффективного управления частотой вращения электродвигателей. Поэтому многих интересует, как работает данное устройство, его конструкция и возможности.

Преимущества использования преобразователей

Преимущества использования преобразователей

Для чего используются частотные преобразователи

Основной задачей частотного преобразователя является изменение частоты переменного тока, поступающего на электродвигатель. Процесс начинается с преобразования присутствующего в сети переменного тока в другой его вид, получивший название постоянного. Затем он снова преобразуется в переменный с нужной частотой.

Отвечая на вопрос, зачем нужен частотный преобразователь, можно сказать, что его применение весьма разнообразно. Он является неотъемлемой частью привода для электродвигателя, поскольку обеспечивает точное регулирование частоты вращения. Это особенно важно в промышленности, где требуется высокая эффективность и контроль над работой оборудования. Преобразователи частоты позволяют контролировать скорость вращения электродвигателя, что в свою очередь приводит к уменьшению энергопотребления и повышению долговечности оборудования.

Структура преобразователя

Принципиальная схема преобразователя частоты состоит из двух частей: силовой и управляющей. В силовую входят:

  • Выпрямитель.
  • Емкостный фильтр.
  • Инвертор.

Составные блоки ПЧ

Составные блоки ПЧ

Основным элементом выпрямителя является диодный мост, с помощью которого переменное сетевое напряжение преобразуется в постоянное. Емкостный фильтр — это набор конденсаторов определенной емкости. Их задача — максимально сгладить пульсации напряжения.

Структурная схема ПЧ

Структурная схема ПЧ

Самым важным и сложным блоком преобразователя является инвертор. Его основные элементы — IGBT-транзисторы, которые управляются процессором. Он их переключает по строго определенной программе в соответствии с заданным алгоритмом действия.

Конструкция IGBT-транзистора

Конструкция IGBT-транзистора

Управляется преобразователь частоты (ниже ПЧ) цифровым микропроцессором — вычислительным модулем, который обрабатывает сигналы и отдает команды, предусматривающие изменение производительности конвертора и прочих элементов ПЧ. Сигналы на процессор поступают от датчиков тока. Он их считывает и определяет оптимальный рабочий алгоритм. С помощью блока управления решаются и многие вспомогательные задачи, например, контроль, диагностика, защита оборудования.

Принцип действия

Принцип работы частотного преобразователя основывается на взаимодействии всех блоков, входящих в его состав. Сначала переменное напряжение из сети поступает в выпрямитель.

Напряжение на выходе из выпрямителя

Напряжение на выходе из выпрямителя

Сглаживание пульсаций происходит в емкостном фильтре. Этот фильтр, состоящий из конденсаторов, образует вместе с выпрямителем звено постоянного тока. Поэтому на выходе из этого звена получают постоянное напряжение, которое поступает в импульсный инвертор.

Использование емкостного фильтра

Использование емкостного фильтра

В инверторе постоянное напряжение снова становится переменным — трехфазным или однофазным, в зависимости от того, какое потребляет оборудование, подключенное к преобразователю. Какими будут такие его показатели, как амплитуда и частота, зависит от параметров модулирующей синусоидальной функции.

Форма выходного напряжения

Форма выходного напряжения

На выходе из ПЧ получают напряжение, изменяющееся практически по синусоиде. Прямоугольные пачки выходящих импульсов преобразуются обычно в синусоиду самим двигателем, а если точнее, то его обмотками и индуктивностью.

Графики электрических параметров на выходе ПЧ

Графики электрических параметров на выходе ПЧ

Корректировка частоты тока дает возможность эффективно управлять электромотором, точно поддерживать его скорость, плавно разгонять или останавливать.

Виды преобразователей

Существуют электроиндукционные и электронные преобразователи. Частотный индукционный преобразователь фактически является асинхронным электродвигателем, работающим в режиме изменения частоты тока.

Основное достоинство электронных ПЧ — способность автоматически определять параметры магнитных полей, образованных вокруг статора и ротора двигателя. Это позволяет обеспечить вращение ротора с постоянными оборотами и не зависящим от нагрузки.

Исходя из принципа работы, ПЧ делят на устройства с непосредственной связью и с промежуточным звеном постоянного тока. В частотниках первого вида электропривод является по сути управляемым выпрямителем. Тиристоры, используемые в этом блоке, поочередно отпираются системой управления. Результатом их срабатывания является подключение статорных обмоток двигателя к питающей электросети.

В устройствах, в которых присутствует промежуточное звено, происходит двойное преобразование электроэнергии. Напряжение с необходимыми показателями формируется в инверторе и поступает на обмотки двигателя.

ПЧ с промежуточным звеном отличаются более низким КПД, чем устройства с непосредственной связью. Они еще сложнее по конструкции, но обеспечивают более широкие возможности, касающиеся управления режимами работы двигателя.

Разнообразие преобразователей

Разнообразие преобразователей

По способу управления преобразователи делятся на скалярные и векторные. Скалярные ПЧ позволяют поддерживать постоянное соотношение между амплитудой и частотой на выходе. Векторный режим обеспечивает контроль не только выходного напряжения и частоты, но и фазы. Он является более сложным по сравнению со скалярным способом, но позволяет добиться расширенного диапазона регулирования.

Частотные преобразователи играют ключевую роль в современных технологиях, обеспечивая гибкость и эффективность использования электродвигателей. С их помощью можно легко регулировать скорость, чтобы получать оптимальные условия работы оборудования.

Что нужно знать о частотном преобразователе

В настоящее время асинхронный электродвигатель стал основным устройством в большинстве электроприводов. Все чаще для управления им используется частотный преобразователь — инвертор с ШИМ-регулированием. Такое управление дает массу преимуществ, но и создает некоторые проблемы выбора тех или иных технических решений. Попробуем разобраться в них более подробно.

Устройство частотных преобразователей

Разработка и производство широкой номенклатуры мощных высоковольтных транзисторных IGBT модулей предоставили возможность реализации многофазных силовых переключателей, управляемых непосредственно с помощью цифровых сигналов. Программируемые вычислительные средства позволили на входах коммутаторов сформировать числовые последовательности, обеспечивающие сигналы частотного управления асинхронными электродвигателями.Разработка и массовый выпуск однокристальных микроконтроллеров, обладающих большими вычислительными ресурсами, обусловили возможность перехода к следящим электроприводам с цифровыми регуляторами.

Силовые преобразователи частоты, как правило, реализуют по схеме, содержащей выпрямитель на мощных силовых диодах или транзисторах и инвертор (управляемый коммутатор) на IGBT транзисторах, шунтированных диодами (рис. 1).

Схема частотного преобразователя

Рис. 1. Схема частотного преобразователя

Входной каскад выпрямляет подаваемое синусоидальное напряжение сети, которое после сглаживания с помощью индуктивно-емкостного фильтра служит источником электропитания управляемого инвертора, вырабатывающего при действии команд цифрового управления сигнал с импульсной модуляцией, который формирует в обмотках статора токи синусоидальной формы с параметрами, обеспечивающими требуемый режим работы электродвигателя.

Цифровое управление силовым преобразователем осуществляется с помощью микропроцессорных аппаратных средств и соответствующим поставленным задачам программным обеспечением. Вычислительное устройство в режиме реального времени вырабатывает сигналы управления 52 модулями, а также производит обработку сигналов измерительных систем, контролирующих работу привода.

Силовые устройства и управляющие вычислительные средства объединены в составе конструктивно оформленного промышленного изделия, называемого частотным преобразователем.

В промышленном оборудовании применяются два основных вида частотных преобразователей:

  • фирменные преобразователи для конкретных типов оборудования.
  • универсальные преобразователи частоты предназначены для многоцелевого управления работой АД в задаваемых пользователем режимах.

Установку и контроль режимов работы частотного преобразователя можно производить с помощью пульта управления, оснащенного экраном для индикации введенной информации. В простом варианте скалярного регулирования частоты можно воспользоваться набором простых логических функций, имеющихся в заводских установках контроллера, и встроенным ПИД-регулятором.

Для осуществления более сложных режимов управления с использованием сигналов с датчиков обратных связей необходимо разработать структуру САУ и алгоритм, который следует запрограммировать с помощью подключаемого внешнего компьютера.

Большинство производителей выпускает целый ряд преобразователей частоты, отличающихся входными и выходными электрическими характеристиками, мощностью, конструктивным исполнением и другими параметрами. Для подключения к внешнему оборудованию (электросети, двигателю) могут быть использованы дополнительные внешние элементы: магнитные пускатели, трансформаторы, дроссели.

Типы сигналов управления

Необходимо делать различия между сигналами различных типов и для каждого из них использовать отдельный кабель. Различные типы сигналов могут оказывать влияние друг на друга. На практике такое разделение встречается часто, например кабель от датчика давления может быть подключен непосредственно к преобразователю частоты.

На рис. 2 приведен рекомендуемый вариант подключения преобразователя частоты при наличии различных цепей и сигналов управления.

Пример подключения силовых цепей и цепей управления преобразователя частоты

Рис. 2. Пример подключения силовых цепей и цепей управления преобразователя частоты

Можно выделить следующие типы сигналов:

  • аналоговые — сигналы напряжения или тока (0. 10 В, 0/4. 20 мА), значение которых меняется медленно или редко, обычно это сигналы управления или измерения;
  • дискретные сигналы напряжения или тока (0. 10 В, 0/4. 20 мА), которые могут принимать только два редко изменяющихся значения (высокое или низкое);
  • цифровые (данные) — сигналы напряжения (0. 5 В, 0. 10 В), которые меняются быстро и с высокой частотой, обычно это сигналы портов RS232, RS485 и т.п.;
  • релейные — контакты реле (0. 220 В переменного тока) могут включать индуктивные токи в зависимости от подключенной нагрузки (внешние реле, лампы, клапаны, тормозные устройства и т.д.).

Выбор мощности частотного преобразователя

При выборе мощности частотного преобразователя необходимо основываться не только на мощности электродвигателя, но и на номинальных токах и напряжениях преобразователя и двигателя. Дело в том, что указанная мощность частотного преобразователя относится только к эксплуатации его со стандартным 4-х полюсным асинхронным электродвигателем в стандартном применении.

Реальные приводы имеют много аспектов, которые могут привести к росту токовой нагрузке привода, например, при пуске. В общем случае, применение частотного привода позволяет снизить токовые и механические нагрузки за счет плавного пуска. Например, пусковой ток снижается с 600% до 100-150% от номинального.

Работа привода на пониженной скорости

Необходимо помнить, что хотя частотный преобразователь легко обеспечивает регулирование по скорости 10:1, но при работе двигателя на низких оборотах мощности собственного вентилятора может не хватать. Необходимо следить за температурой двигателя и обеспечить принудительную вентиляцию.

Электромагнитная совместимость

Поскольку частотный преобразователь мощный источник высокочастотных гармоник, то для подключения двигателей нужно использовать экранированный кабель минимальной длины. Прокладку такого кабеля необходимо вести на расстоянии не менее 100 мм от других кабелей. Это минимизирует наводки. Если нужно пересечь кабели, то пересечение делается под углом 90 градусов.

Питание от аварийного генератора

Плавный пуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет снизить необходимую мощность генератора. Так как при таком пуске ток снижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно снизить мощность генератора. Но все равно, между генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от опасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазной сети

Трехфазные частотные преобразователи могут быть запитаны от однофазной сети, но при этом их выходной ток не должен превышать 50% от номинального.

Экономия электроэнергии и денег

Экономия происходит по нескольким причинам. Во-первых, за счет роста косинуса фи до значений 0.98, т.е. максимум мощности используется для совершения полезной работы, минимум уходит в потери. Во-вторых, близкий к этому коэффициент получается на всех режимах работы двигателя.

Без частотного преобразователя, асинхронные двигатели на малых нагрузках имеют косинус фи 0.3-0.4. В-третьих, нет необходимости в дополнительных механических регулировках (заслонках, дросселях, вентилях, тормозах и т.д.), все делается электронным образом. При таком устройстве регулирования, экономия может достигать 50%.

Синхронизация нескольких устройств

За счет дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать процессы на конвейере или задавать соотношения изменения одних величин, в зависимости от других. Например, поставить в зависимость скорость вращения шпинделя станка от скорости подачи резца. Процесс будет оптимизирован, т.к. при увеличении нагрузки на резец, подача будет уменьшена и наоборот.

Защита сети от высших гармоник

Для дополнительной защиты, кроме коротких экранированных кабелей, используются сетевые дроссели и шунтирующие конденсаторы. Дроссель, кроме того, ограничивает бросок тока при включении.

Правильный выбор класса защиты

Для безотказной работы частотного привода необходим надежный теплоотвод. Если использовать высокие классы защиты, например IP 54 и выше, то трудно или дорого добиться такого теплоотвода. Поэтому, можно использовать отдельный шкаф с высоким классом защиты, куда ставить модули с меньшим классом и осуществлять общую вентиляцию и охлаждение.

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

С целью снижения затрат, можно использовать один частотный преобразователь для управления несколькими электродвигателями. Его мощность нужно выбирать с запасом 10-15% от суммарной мощности всех электродвигателей. При этом нужно минимизировать длины моторных кабелей и очень желательно ставить моторный дроссель.

Большинство частотных преобразователей не допускают отключение или подключение двигателей с помощью контакторов во время работы частотного привода. Это производится только через команду стоп привода.

Задание функции регулирования

Для получения максимальных показателей работы электропривода, таких как: коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, перегрузочная способность, плавность регулирования, долговечность, нужно правильно выбирать соотношение между изменением рабочей частоты и напряжения на выходе частотного преобразователя.

Функция изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте, напряжение на статоре электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const). Для вентилятора, например, другое соотношение – U/F*F = const. Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение нужно увеличить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Преимущества использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Кроме повышения КПД и энергосбережения такой электропривод позволяет получить новые качества управления. Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих потери и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д. Торможение, например, может быть осуществлено за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре электродвигателя. Меняя только функциональную зависимость между частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Чтение документации

Следует заметить, что хотя частотные преобразователи похожи друг на друга и, освоив один, легко разобраться с другим, тем не менее, необходимо тщательно читать документацию. Некоторые производители накладывают ограничения на использование своей продукции, а при их нарушении снимают изделия с гарантии.

Источник: ООО «СВ-Техноэлектро»

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *