Выбор частотного преобразователя

Содержание

• Требования к защите
• Эксплуатационные условия
• Мощность
• Режимы торможения
• Режимы управления
• Входы и выходы
• Совместимость с различным оборудованием
• Режимы работы

Частотный преобразователь – устройство, основная функция которого – корректировка скорости вращения трехфазного асинхронного электромотора с ротором короткозамкнутого типа.

Техника применяется в следующих ситуациях:

• Изменение скорости вращения двигателя.
• Сохранение стабильности определенного рабочего параметра, к примеру, давления, за счет корректировки скорости вращения.
• Невозможность подключения к сети 380 Вольт из-за ее повреждения или отсутствия. Среди преобразователей на 220 Вольт можно найти решения, рассчитанные даже на высокую мощность двигателя в 2.2 кВт. Снижения мощности в таком случае не происходит, работа максимально стабильна и производительна.
• Необходимость подключения к промышленной электромоторной сети, в которой имеются отклонения по напряжению и частоте от нормативных значений.

Частотный преобразователь, помимо перечисленных базовых функций, выполняет следующие задачи:

• Активация реверса без применения вспомогательных модулей.
• Ограничение тока запуска электромотора.
• Сохранение корректных показателей по току.
• Плавность разгона и торможения, за счет чего снижается механическая нагрузка, экономится ресурс.
• Стабилизация крутящего момента силовой установки, при помощи частотника удается нивелировать отклонения напряжения на входе.
• Возможность торможения с плавным замедлением.
• Снижение расхода электроэнергии при неполной загрузке мотора (необходимость в датчике обратной связи в данном случае отсутствует).
• Работа на основе предварительно созданной в памяти устройства программы, запуск в определенное время или по достижении определенных результатов.
• Активация режима ожидания в том случае, если обслуживаемое устройство не используется.
• Автоматическое обратное включение в том случае, если произошел сбой, спровоцированный скачком сетевого напряжения, или обесточиванием.

Требования к защите

Вне зависимости от типа, на преобразователе должны быть реализованы следующие защитные функции:

• Ограничение тока при старте мотора, его длительной работе, отключении и коротком замыкании.
• Защита от резкого повышения или понижения напряжения.
• Контроль температуры мотора.
• Контроль температуры радиатора.
• Исключение повреждение модулей IGBT, расположенных на выходе.

Эксплуатационные условия

Конструктивные исполнения преобразователей различны, при поиске нужно учитывать условия использования. Если контакт оборудования с пылью или влагой на 100% исключен, достаточно обычных моделей без защитного индекса, если же планируется использование в условиях промышленного цеха или открытой производственной, строительной площадки, нужно ориентироваться модели с индексом IP65 и выше, чтобы исключить попадание внутрь влаги, пыли.

Мощность

Частотный преобразователь классической схемы не может использоваться в комбинации с однофазными моторами. Абсолютное большинство преобразователей совместимо с трехфазными решениями, укомплектованными роторами короткозамкнутого типа.

При подборе нужно учитывать, главным образом, мощность, исходить из нормативных значений электродвигателя по току и напряжению:

1. Напряжение на обмотках. Одно и то же устройство может работать как на напряжении 220, так и на 380 Вольтах, в зависимости от схемы подключения, будь то “треугольник” или “звездочка”.
2. Номинальный ток. Эта величина, опять же, может быть различной, так как определяется схемой подключения и напряжением на обмотках. Исходить только из значений тока двигателя, указанных в техническом паспорте, неправильно. При подборе преобразователя лучше измерить реальный ток, характерный для работы мотора, это позволит понять необходимый запас, нужный для того, чтобы исключить поломку при выходе силовой установку на режимы, несколько превышающие нормативную мощность.

Преобразователь дает возможность безопасного и эффективного подключения моторов с нестандартными характеристиками питания к обычным промышленным сетям на 220 или 380 Вольт. Главное, чтобы элементы соответствовали друг другу по номинальному напряжению питания и частоте.

Режимы торможения

Один из важнейших моментов выбора преобразователей – способ торможения. При остановке механизма с высоким уровнем инерции возникает кинетическая энергия, нивелировать которую можно следующими методами:

• Использование технологии рекуперации, когда энергия подается обратно в сеть, может использоваться повторно.
• Преобразование в тепло, для чего выполняется торможение двигателем, сбрасывается напряжение статора.

Казалось бы, в выборе нет ничего сложного, первый вариант выглядит гораздо более рациональным, но, к сожалению, модели с рекуперацией очень дороги, в сравнении с аналогами, на которых используется классическая схема с тормозным сопротивлением, их покупка не всегда оправдана экономически. Необходимо учитывать все особенности конкретной ситуации, принципы, режимы использования техники.

Режимы управления

При выборе частотных преобразователей учитываются способы управления. Первый способ – скалярный, для него характерны следующие особенности:

• Возможность поддержки стабильной величины магнитного поля на статоре при фиксированной частоте. Проще говоря, номинальный момент вала стабилен, не зависит от скорости.
• Интенсивность вращения мотора определяется нагрузкой. Если сопротивление повышается, вал вращается медленнее, при минимальном сопротивлении – раскручивается. Если нагрузка стабильна, то отсутствуют и отклонения скорости вращения.
• Один преобразователь может обслуживать сразу несколько моторов. Основное условие безопасной реализации такой схемы – обеспечение отдельной защиты каждого устройства по току.

На частотном преобразователе может быть реализован и векторный метод управления. Для него характерны два преимущества:

• Выходное напряжение корректируется автоматикой, за счет чего скорость вращения стабильна, вне зависимости от нагрузок.
• Даже при низкой частоте сохраняется стабильность работы. Это обеспечивается компенсацией снижения напряжения в обмотках электромотора.

Особенности преобразователей с данным способом управления следующие:

• Корректировать скорость вращения можно при стабильной нагрузке с отклонениями всего в 2 Герца.
• Одновременная работа с несколькими электромоторами невозможна.
• Для максимальной точности работы нужна соответствующая настройка, указание всех актуальных параметров силовой установки.

На частотных преобразователях обоих типов, если они укомплектованы ПИД-регуляторами, можно поддерживать точные рабочие характеристики на основе значений датчика обратной связи. Эти характеристики – влажность, температура, давление и другие.

Преобразователь скалярного типа оптимально подходит для управления насосами, насосными группами, конвейерными установками, фрезерными станками, компрессорами и подобной техникой. Выбор второго наиболее оправдан, если устройство используется в комбинации с подъемно-транспортными машинами, дробилками и другими техническими единицами, на которых отсутствует четкая привязка нагрузки к оборотам мотора.

Входы и выходы

На современных частотных преобразователях используются как цифровые, так и аналоговые выходные разъемы. Они нужны для того, чтобы подключить преобразователь к автоматической системе без ограничений по методу управления:

1. Цифровой (дискретный) метод управления считается наиболее простым. Он позволяет передавать базовые команды, направленные на запуск, остановку, корректировку скорости, изменение рабочего режима. Выходы могут оповещать о неисправностях, достижении ранее установленных технических параметров, помогают активировать ведомые электроприводы. На единственный дискретный вход преобразователей можно определить конкретную функцию, общее число доступных вариантов – несколько десятков.
2. Аналоговый метод ориентирован на решение несколько иных задач. К примеру, он позволяет максимально плавно скорректировать работу устройства. Метод также позволяет держать под контролем работу частотных преобразователей, отслеживать основные показатели, и, при необходимости, изменять их. Сигналы подаются на вход преобразователю с соответствующих датчиков.
3. Последовательные интерфейсы позволяют интегрировать преобразователь в сложную автоматизированную систему управления. Допустима интеграция даже сразу нескольких устройств, расположенных на значительном отдалении друг от друга. Методика максимально удобна, позволяет избавиться от проводного соединения не просто без вреда для передаваемой информации и сигналов, но даже с увеличением точности передачи. 

Оптимальный вариант – модели, позволяющие использовать стандартные витые пары. Такое решение избавляет от необходимости обустройства специализированных панелей управления, которые нужны технике, использующей собственные стандарты коммутационных шлейфов, а не унифицированные разъемы. При помощи витой пары некоторые устройства можно подключить к компьютеру или ноутбуку, для проведения диагностики, наладки удаленного управления, формирования схем автоматизированного управления.

Обязательно нужно, чтобы преобразователь конструктивно был адаптирован к эксплуатационным условиям. Стандартные модели ориентированы на обычные условия, специализированные – на экстремально низкие и экстремально высокие температуры (без необходимости организации дополнительного обдува), влажность до 95% и даже выше. Достигается это использование вспомогательных конструктивных элементов и специальным покрытием электронных плат, препятствующим непосредственному контакту с влагой.

Независимо от того, какой системой укомплектован преобразователь, она должна соответствовать базовому набору требований, вариативности, функциональности, простоте. В лучших версиях сигнал управления подается с кнопочной панели, при этом, предусмотрены входы для подключения вспомогательных датчиков, исполнительных модулей. Некоторые входы и выходы многофункциональны, их можно запрограммировать на различные режимы.

Совместимость с различным оборудованием

Общая задача преобразователей – защита двигателей от интенсивных механических нагрузок, обеспечение плавного запуска, изменения частоты вращения. Например, в контексте насосного оборудования это позволяет обезопасить трубы от гидравлического удара, а непосредственно привод – от интенсивного износа, работы на ненормативных нагрузках. Вдобавок, при помощи преобразователей удается снизить расход электрической энергии, добиться стабильности давления в циркуляционном контуре.

Диапазон настроек частотных регуляторов должен быть довольно широким, чтобы обеспечить корректную работу как при пиковых нагрузках насоса, когда расход воды максимален, так и при минимальных, за счет чего исключается перерасход энергии. Современные модели помогают создать автоматизированные каскадные схемы насосного оборудования, предполагающие активацию такого количества устройств, которое достаточно в конкретный момент времени.

Корректный выбор частотных регуляторов помогает наладить работу крановых механизмов, погрузочно-разгрузочного оборудования. В такой ситуации нужно обратить внимание на соответствие ряду требований:

• Увеличенная перегрузочная способность (до 200 процентов).
• Эффективное управление механизмами торможения.
• Возможность дополнительного подсоединения тормозного резистора и некоторых других модулей, например, моторного дросселя, который нужен при дистанции между преобразователем и приводом более 30 метров, что характерно для высоких подъемных кранов с вспомогательными лебедками, а также сетевого дросселя.
• Возможность наладить обратную связь, чтобы корректировать скорость мотора. Обратная связь позволяет частотным преобразователям и другим компонентам системы вести эффективный информационный обмен, отслеживать все процессы, изменять показатели, чтобы сложный крановый механизм функционировал эффективно, при этом, был максимально защищен от чрезмерных нагрузок, аварийных режимов.

За счет правильного выбора частотных преобразователей удается точно контролировать работу электромотора при подъеме, опускании груза, изменении позиции стрелы. Груз в таком случае перемещается плавно, без раскачки вне зависимости от скорости манипуляций.

Статистика показывает, что подъемные механизмы выходят из строя, в основном, из-за постоянных превышений номинального тока во время запуска (пусковые токи выше номинальных значений до 7 раз), чрезмерных нагрузок, регулярного перегрева. При помощи частотных преобразователей удается нивелировать все эти риски, справиться как с механическими, так и с электрическими факторами опасности.

Конвейерные ленты оптимально совместимы с преобразователями, позволяющими задавать сложные алгоритмы работы, что способствует максимальной автоматизации процесса, для производства или обработки некоторых видов продукции необходимо не постоянное движение ленты, а ее периодические остановки и запуски, регулятор не просто обеспечит четкую реализацию таких режимов, но и обезопасит мотор от чрезмерных нагрузок.

Без преобразователей невозможно наладить и эффективную работу вентиляционных установок. Если при выборе учтены все характеристики и эксплуатационные условия, устройство будет правильно корректировать скорость вращения даже без вмешательства человека, а это даст экономию как электроэнергии, так и эксплуатационного ресурса. Практика показывает, что оснащение вентиляционной системы преобразователем помогает уменьшить расход энергии почти на 40%, вдобавок, привод оказывается защищенным от резких колебаний тока и напряжения.

Режимы работы

Во время выбора преобразователя нельзя упускать из зоны внимания рабочий режим. Всего их два:

1. Нормальный. Основная особенность – постоянство вращающего момента, эта величина не зависит от скорости вращения привода. Такие модели оптимально подходят для насосов.
2. Тяжелый. В данном случае нагрузка подразумевает изменения вращающего момента. Техника совместима с экструдерами, конвейерами, компрессорами.

Наиболее современные модификации преобразователей позволяют переключаться между режимами, это помогает сэкономить при проектировании системы управления.