Принцип работы частотного преобразователя и критерии его выбора для потребителя. Частотный привод электродвигателя


Электродвигатели для частотного привода. ЭЛДВИГ.

ВЫСОКОНАДЁЖНЫЙ электродвигатель для частотно регулируемого привода

Надежность электропривода – это важнейший показатель, от которого может зависеть не только производительность предприятия, но и само его существование. Исследование проведенное в США показало, что простой производства в течение нескольких дней при выходе одного из приводов из строя обходится в десятки тысяч долларов убытка, а выход из строя «критического» привода (двигателя) с большой долей вероятности приводит к банкротству предприятия. По этой причине повышение надежности привода, а точнее входящего в его состав электродвигателя, должно быть первоочередной задачей повышения надежности и эффективности производства.

Итак, в этой статье будут рассмотрены способы с помощью которых можно превратить непримечательный серийный двигатель в высоконадежный эффективный электродвигатель для надежного электропривода.

От каких же факторов зависит надежность электродвигателя? Вот некоторые из них: · повышенная влажность;

  • · повышенная или пониженная температура;
  • · вибрации; · некачественная смазка;
  • · плохое обслуживание.

В процессе работы двигателя в нем образуется водный конденсат, который попадает в микротрещины изоляции провода и со временем разрушает ее (рис. 1). Микротрещины – следствие таких вредных факторов как перепады температур, плесень, влажность, абразивы в полости двигателя в виде пыли из оксидов материала корпуса и системы ротор-статор. Пропитка обмоток двигателя термостойким гидрофобным компаундом с противогрибковым действием препятствует образованию и развитию микротрещин, увеличивает рабочую температуру двигателя, повышая тем самым коэффициент его использования по мощности, и надежнее защищает двигатель от перегрузок.

Нанесение защитной эмали на внутренние поверхности статора и ротора (рис. 1b), в случае, если это не было сделано на заводе-изготовителе, устраняет вредное влияние водяного конденсата, образующегося из-за температурных перепадов в рабочем зазоре двигателя, следствием которого становится коррозия, разрушение изолирующего слоя краев статорных и роторных пластин, появление вихревых токов и необратимое ухудшение свойств магнитопровода.

Использование в подшипниках гидрофобной антиокислительной смазки со способностью образования карбидных пленок с диэлектрическими свойствами на трущихся поверхностях нейтрализует электроэррозионное действие блуждающих токов на тела качения и исключает образование преждевременного питинга на дорожках качения подшипника, т.е. выкрашивания, происходящего в результате образования задиров в зоне трения при попадании в нее воды (конденсата) или температурного размягчения неправильно подобранной смазки и разрыва масляной пленки в точке контакта тел качения с образованием непосредственного контакта металл-металл. В дальнейшем процесс коррозии и разрушения в зоне трения прогрессирует. Влияние блуждающих токов возрастает при увеличении частоты поля (ШИМ в частотно-регулируемом приводе).

Установка наружного кольца подшипника на термокомпенсированный эпоксидный компаунд определенной вязкости устраняет вибрации двигателя от наличия зазора в сопряжении подшипник-корпус и не дает прогрессировать вибрации по причине разбивания исходных неровностей механообработки сопрягаемых поверхностей зазоров самим кольцом (рис. 1c). Также вышеупомянутый компаунд компенсирует температурное расширение подшипника, тем самым предохраняя сопрягаемые поверхности от повреждения.

a)                                    b)                                  c)

Рис. 1. Пропитка обмотки гидрофобным компаундом (a), нанесение защитной эмали на внутренние поверхности статора и ротора (b), установка подшипника на термокомпенсированный компаунд (с)

В ответственных случаях рекомендуется заменять в штатные подшипники на импортные аналоги. При этом необходимо иметь в виду, что они поставляются с консервантной смазкой, которую необходимо заменить, а также необходимо быть крайне аккуратным при съеме старых подшипников, чтобы не повредить посадочное место, иначе все усилия пропадут даром.

Конструктивная доработка серийных электродвигателей, в результате которой становится возможной замена смазки подшипников двигателя в процессе его работы (оперативная смазка), сокращает расходы на техническое обслуживание и продлевает срок службы подшипника (рис. 2а).

Перегрев двигателя приводит к увеличению токов по причине уменьшения магнитной проницаемости железа, уменьшению противо- э.д.с., непроизводительной потере электроэнергии в обмотках и сокращению ресурса двигателя, т.к. старение изоляции и ухудшение свойств смазки при этом резко усиливаются. К примеру, по расчетам исследователей, срок службы электрической изоляции уменьшается вдвое при превышении температуры на каждые 10 градусов.

Защита двигателя от тепловых перегрузок обеспечивается своевременным обесточиванием обмоток при их перегреве или включением дополнительной вентиляции. Обесточивание обмоток двигателя осуществляется срабатыванием нормально замкнутого или нормально разомкнутого термодатчика с мембранным типом срабатывания, который может быть установлен в тепловом контакте с обмоткой как одной, так и трех фаз по отдельности, тем самым, обеспечивая более надежную защиту (рис. 2b). Термодатчик, при срабатывании, обесточит катушку магнитного пускателя либо включит другую схему управления двигателем. Температура срабатывания термодатчиков, их тип и количество могут быть выбраны таким образом, что на 1-ой ступени включается дополнительная и/или основная вентиляция, а на 2-ой – аварийное выключение. Тем самым становиться возможной работа двигателя меньшей мощности в условиях тяжелых пусков, частых включений, кратковременных перегрузок.

 

 a)                                            b)

Рис. 2. Оперативная смазка (a), установка термоконтактов (b)

Существует практика выбора двигателей с запасом по мощности. Установка двигателя завышенной мощности «узаконивает» его недостаточное использование, излишние потери энергии и средств на силовые кабели. Такой двигатель работает в режиме недозагрузки, т.е. с пониженным к.п.д. и cosj, увеличенных потерях. Рациональнее – скомпенсировать перегрузки, сохраняя загрузку двигателя выше 70%. Лучше использовать двигатель номинальной мощности, оснастив его автономным вентилятором для исключения влияния перегрузок. Уменьшаются так же потери энергии и на крыльчатке самообдува, т.к. она выбирается по экстремальным соображениям охлаждения двигателя. Установка на АД автономного вентилятора решает эти проблемы.

Заменив алюминиевую обмотку ротора на медную можно получить устойчивую работу двигателя на низких оборотах.

Установка на вал двигателя датчика скорости (энкодера) даст возможность контролировать как мгновенную, так и усредненную скорость (рис. 3a).

Возможна установка на двигатель электромеханического тормоза (рис. 3b). Наличие тормоза позволяет точнее позиционировать вал двигателя, а в ряде случаев повысить безопасность (например в подъемных механизмах). При напряжении питания 24 В обеспечивается: независимое и зависимое (обмотка тормоза включена последовательно со статором) включение, а также режим ручного растормаживания при остановке. Тормоза бывают исходно заторможенными и исходно расторможенными.

Возможна доработка конца вала (рис. 3c). При увеличении длины рабочего конца вала (до удвоенного габаритного размера) он становится трансмиссионно-независимым. Надставка может быть изготовлена из нержавеющей стали.

a)                                     b)                                  c)

Рис. 3. Энкодер и дополнительный вентилятор (а), электромеханический тормоз (b), доработанный конец вала (c)

Таким образом, проведя доработку двигателя вы получите возможность работы при температуре окружающей среды от -30° до +70°С (до 400°С при кратковременной работе в экстремальных условиях, например, при пожаре), диапазон скоростей вращения от 0.5 до 87 Гц (1пара полюсов) без потери момента на валу и до 125 Гц с уменьшением момента вдвое, повышенный в 2 – 4 раза технологический ресурс, сведенное к минимуму, за счет использования дополнительной вентиляции и термоконтактов, влияние перегрузок, энкодер, тормоз и/или тормозное устройство позволяет контролировать и управлять, как мгновенной, так и усредненной скоростью. Коэффициент использования двигателя максимален. Безопасность форсированных режимов снижает удельные капитала затраты на 1 кВт нагрузки расчетной мощности.

В заключение стоит отметить, что наличие на предприятии надежного привода – создает все необходимые предпосылки для его дальнейшего развития.

Для наших спецдвигателей мы используем: электродвигатели Ярославского или Владимирского заводов, термисторы KSD, температура срабатывания 100 градусов ( или меньше), вентиляторы ВЕНТС или EBM PAPST, энкодеры – по желанию заказчика ЛИР, Control Technics, Leine&Linde, Delta и другие, подшипники NSK либо SKF, тормоза - KEB, LENZE, MWM и др.

Работы по повышению класса изоляции двигателя – пропитка, замена смазки, установка внешнего кольца подшипника на компаунд, пропитка, сальниковый ввод, герметизация крышки клемной коробки.

Работы по снижению шумности двигателя -виброакустическая диагностику подшипниковых узлов, балансировка ротора, замена подшипников, установка внешнего кольца подшипника на компаунд, пропитка.

Осуществляем сборку шкафов для частотно-регулируемого привода. Выезжаем на место для установки и шеф-монтажных работ.

По вопросам поставки специальных электродвигателей просьба обращаться в отдел комплексного электропривода и средств автоматизации. "Доработка электродвигателя"

www.delta-rus.com

Частотный преобразователь для электродвигателя | Онлайн журнал электрика

 Технические нюансы внедрения частотных преобразователей

В текущее время, асинхронный электродвигатель стал главным устройством в большинстве электроприводов. Все почаще для управления им употребляетсячастотный преобразователь – инвертор с ШИМ регулированием. Такое управление дает массу преимуществ, да и делает некие трудности выбора тех либо других технических решений. Попробуем разобраться в их более тщательно.

Выбор мощности частотного преобразователя

При выборе мощности частотного преобразователя нужно основываться не только лишь на мощности электродвигателя, да и на номинальных токах и напряжениях преобразователя и мотора. Дело в том, что обозначенная мощностьчастотного преобразователя относится только к эксплуатации его со стандартным 4-х полюсным асинхронным электродвигателем в стандартном применении.

Реальные приводы имеют много качеств, которые могут привести к росту токовой нагрузке привода, к примеру, при пуске. В общем случае, применение частотного привода позволяет понизить токовые и механические нагрузки за счет плавного запуска. К примеру, пусковой ток понижается с 600% до 100-150% от номинального.

Работа привода на пониженной скорости

Нужно держать в голове, что хотя частотный преобразователь просто обеспечивает регулирование по скорости 10:1, но при работе мотора на низких оборотах мощности собственного вентилятора может не хватать. Нужно смотреть за температурой мотора и обеспечить принудительную вентиляцию.

Электрическая сопоставимость

Так как частотный преобразователь мощнейший источник высокочастотных гармоник, то для подключения движков необходимо использовать экранированный кабель малой длины. Прокладку такового кабеля нужно вести на расстоянии более 100 мм от других кабелей. Это минимизирует наводки. Если необходимо пересечь кабели, то скрещение делается под углом 90 градусов.

Питание от аварийного генератора

Плавный запуск, который обеспечивает частотный преобразователь позволяет понизить нужную мощность генератора. Потому что при таком пуске ток понижается в 4-6 раз, то в аналогичное число раз можно понизить мощность генератора. Но все равно, меж генератором и приводом должен быть установлен контактор, управляемый от релейного выхода частотного привода. Это защищает частотный преобразователь от небезопасных перенапряжений.

Питание трехфазного преобразователя от однофазовой сети

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

Экономия электроэнергии и средств

Экономия происходит по нескольким причинам. Во-1-х, за счет роста косинуса фи до значений 0.98, т.е. максимум мощности употребляется для совершения полезной работы, минимум уходит в утраты. Во-2-х, близкий к этому коэффициент выходит на всех режимах работы мотора.

Без частотного преобразователя, асинхронные движки на малых нагрузках имеют косинус фи 0.3-0.4. В-3-х, нет необходимости в дополнительных механических регулировках (заслонках, дросселях, вентилях, тормозах и т.д.), все делается электрическим образом. При таком устройстве регулирования, экономия может достигать 50%.

Синхронизация нескольких устройств

За счет дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать процессы на конвейере либо задавать соотношения конфигурации одних величин, зависимо от других. К примеру, 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 напротив.

Защита сети от высших гармоник

Для дополнительной защиты, не считая маленьких экранированных кабелей, употребляются сетевые дроссели и шунтирующие конденсаторы. Дроссель, не считая того, ограничивает бросок тока при включении.

Верный выбор класса защиты

Для неотказной работы частотного привода нужен надежный теплоотвод. Если использовать высочайшие классы защиты, к примеру IP 54 и выше, то тяжело либо недешево достигнуть такового теплоотвода. Потому, можно использовать отдельный шкаф с высочайшим классом защиты, куда ставить модули с наименьшим классом и производить общую вентиляцию и остывание.

Параллельное подключение электродвигателей к одному частотному преобразователю

С целью понижения издержек, можно использовать один частотный преобразователь для управления несколькимиэлектродвигателями. Его мощность необходимо выбирать с припасом 10-15% от суммарной мощности всех электродвигателей. При всем этом необходимо минимизировать длины моторных кабелей и очень лучше ставить моторный дроссель.

Большая часть частотных преобразователей не допускают отключение либо подключение движков при помощи контакторов во время работы частотного привода. Это делается только через команду стоп привода.

Задание функции регулирования

Для получения наибольших характеристик работы электропривода, таких как: коэффициент мощности, коэффициент полезного деяния, перегрузочная способность, плавность регулирования, долговечность, необходимо верно выбирать соотношение меж конфигурацией рабочей частоты и напряжения на выходе частотного преобразователя.

Функция конфигурации напряжения находится в зависимости от нрава момента нагрузки. При неизменном моменте, напряжение на статоре  электродвигателя должно регулироваться пропорционально частоте (скалярное регулирование U/F = const). Для вентилятора, к примеру, другое соотношение – U/F*F = const. Если увеличиваем частоту в 2 раза, то напряжение необходимо прирастить в 4 (векторное регулирование). Есть приводы и с более сложными функциями регулирования.

Достоинства использования регулируемого электропривода с частотным преобразователем

Не считая увеличения КПД и сбережения энергии таковой электропривод позволяет получить новые свойства управления. Это выражается в отказе от дополнительных механических устройств, создающих утраты и снижающих надежность систем: тормозов, заслонок, дросселей, задвижек, регулирующих клапанов и т.д. Торможение, к примеру, может быть осуществлено за счет оборотного вращения электрического поля в статоре электродвигателя. Меняя только многофункциональную зависимость меж частотой и напряжением, мы получаем другой привод, не меняя ничего в механике.

Чтение документации

Следует увидеть, что хотя частотные преобразователи похожи друг на друга и освоив один, просто разобраться с другим, все же, нужно кропотливо читать документацию.Некие производители накладывают ограничения на внедрение собственной продукции, а при их нарушении снимают изделия с гарантии.

Андрей Повный, http://electricalschool.info/

elektrica.info

Преобразователь частоты. Выбор и расчет преобразователя частоты для электродвигателя.

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 = n3).

• 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 (TB) 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 lM, который потребляет электродвигатель. Если электродвигатель загружается не полностью, его ток может быть измерен при работе аналогичной системы с полной нагрузкой.

Рис. 5. Выбор преобразователя частоты на основе номинального тока

Пример расчета и выбора преобразователя частоты:

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 SM, потребляемой электродвигателем и полной мощности, подаваемой преобразователем частоты.

Рис. 6. Выбор преобразователя частоты на основе полной мощности

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 Рм, вырабатываемой электродвигателем. Однако данный способ является неточным, поскольку cos φ и коэффициент полезного действия η изменяются с нагрузкой.

Рис. 7. Выбор преобразователя частоты на основе стандартной серии электродвигателей

Пример расчета мощности электродвигателя

Электродвигатель мощностью 3 кВт, имеющий cos φ = 0,80 и η = 0,81, потребляет мощность SM= PM/(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. Выбор преобразователя частоты по выходной мощности на валу

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 (lW). Именно поэтому выходной ток преобразователя частоты всегда больше входного тока. Кроме активного тока из сети потребляется ток Iloss, (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:

IS = IW/ 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 tacc. 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 tdec.

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.

tacc= J x (n2-n1)/[(Tacc – Tfric) x 9,55]

tdec = J x (n2-n1)/[(Tacc + Tfric) x 9,55]

J - момент инерции вала электродвигателя.

Tfric – момент трения системы.

Тасс - избыточный (перегрузочный) момент, используемый для разгона.

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

n1 и n2- скорости вращения на частотах f1 и f2.

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 кгм2, Tfric = 0,05 x MN , n1 = 500 об/мин, n2 = 1000 об/мин, ТN = 27 Нм

tacc = J х (n2 – n1)/ [(Тасс - Tfric) 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.

ta = J x n/[(TN-Tfric)x9,55]

t-a = J x n/[(TN+Tfric)x9,55]

ta - время увеличения скорости

t-a- время уменьшения скорости

n - число оборотов

TN - номинальный крутящий момент электродвигателя

Tfric - 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

www.eti.su

Принцип работы частотного преобразователя - Преобразователи частоты для асинхронных двигателей

Краткое описание назначения, принципа работы и критериев выбора частотного преобразователя, как устройства управления асинхронным электродвигателем.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является сегодня самым массовым и надежным устройством для привода различных машин и механизмов. Но у каждой медали есть и обратная сторона.

Два основных недостатка асинхронного двигателя – это невозможность простой регулировки скорости вращения ротора, очень большой пусковой ток - в пять, семь раз превышающий номинальный. Если использовать только механические устройства регулирования, то указанные недостатки приводят к большим энергетическим потерям и к ударным механическим нагрузкам. Это крайне отрицательно сказывается на сроке службы оборудования.

Частотный преобразователь

В результате исследовательских работ в этом направлении родился новый класс приборов, позволивший решить эти проблемы не механическим, а электронным способом.

Частотный преобразователь с широтно–импульсным управлением (ЧП с ШИМ) снижает пусковые токи в 4-5 раз. Он обеспечивает плавный пуск асинхронного двигателя и осуществляет управление приводом по заданной формуле соотношения напряжение / частота.

Частотный преобразователь дает экономию по потреблению энергии до 50%. Появляется возможность включения обратных связей между смежными приводами, т.е. самонастройки оборудования под поставленную задачу и изменение условий работы всей системы.

Принцип работы частотного преобразователя

Частотный преобразователь с ШИМ представляет собой инвертор с двойным преобразованием напряжения. Сначала сетевое напряжение 220 или 380 В выпрямляется входным диодным мостом, затем сглаживается и фильтруется с помощью конденсаторов.

Это первый этап преобразования. На втором этапе из постоянного напряжения, с помощью микросхем управления и выходных мостовых IGBT ключей, формируется ШИМ последовательность определенной частоты и скважности. На выходе частотного преобразователя выдаются пачки прямоугольных импульсов, но за счет индуктивности обмоток статора асинхронного двигателя, они интегрируются и превращаются наконец в напряжение близкое к синусоиде.

Критерии выбора частотных преобразователей

Выбор по функциям Каждый производитель пытается обеспечить себе конкурентное превосходство на рынке. Первое правило для обеспечения максимума продаж – это низкая цена. Поэтому производитель стремиться включить в свое изделие только необходимые функции. А остальные предлагает в качестве опций. Прежде чем купить частотный преобразователь, определитесь, какие функции вам нужны. Стоит выбирать тот прибор, который имеет большинство необходимых функций в базовом варианте.

По способу управления

Сразу отбрасывайте те преобразователи, которые не подходят по мощности, типу исполнения, перегрузочной способности и т.д. По типу управления, нужно определиться, что выбрать, скалярное или векторное управление.

Большинство современных частотных преобразователей реализуют векторное управление, но такие частотные преобразователи дороже, чем частотные преобразователи со скалярным управлением.

Векторное управление дает возможность более точного управления, снижая статическую ошибку. Скалярный режим только поддерживает постоянное соотношение между выходным напряжение и выходной частотой, но например, для вентиляторов это вполне достаточно.

По мощности

Если мощности оборудования примерно одинаковы, то выбирайте преобразователи одной фирмы с мощностью по мощности максимальной нагрузки. Так вы обеспечите взаимозаменяемость и упростите обслуживание оборудования. Желательно, чтобы сервис центр выбранного частотного преобразователя был в вашем городе.

По сетевому напряжению

Всегда выбирайте преобразователь с максимально широким диапазоном напряжений как вниз, так и вверх. Дело в том, что для отечественных сетей само слово стандарт может вызвать только смех сквозь слезы. Если пониженное напряжение приведет, скорее всего, к отключению частотного преобразователя, то повышенное может вызвать взрыв сетевых электролитических конденсаторов и входу прибора из строя.

По диапазону регулировки частоты

Верхней предел регулировки частоты важен при использовании двигателей с высокими номинальными рабочими частотами, например для шлифовальных машин ( 1000 Гц и более). Убедитесь, что диапазон частот соответствует вашим потребностям. Нижний предел определяет диапазон регулирования скорости привода. Стандарт – это 1:10. Если вам нужен более широкий диапазон, то выбирайте только векторное управление, запросите параметры привода у производителя. Даже заявленный предел от 0 Гц, не гарантирует устойчивую работу привода.

По количеству входов управления

Дискретные входы нужны для ввода команд управления ( пуск, стоп, реверс, торможение и т.д.). Аналоговые входы необходимы для ввода сигналов обратной связи (регулировки и настройки привода в процессе работы). Цифровые входы нужны для ввода высокочастотных сигналов от цифровых датчиков скорости и положения (энкодеров). Количество входов много не бывает, но чем больше входов, тем сложнее систему можно построить, и тем она дороже.

По количеству выходных сигналов

Дискретные выходы используются для выхода сигналов о различных событиях (авария, перегрев, входное напряжение выше или ниже уровня, сигнал ошибки ит.д.). Аналоговые выходы используются для построения сложных систем с обратными связями. Рекомендации по выбору аналогичны предыдущему пункту.

По шине управления

Оборудование, с помощью которого вы будете управлять частотным преобразователем должно иметь ту же шину и количество входов выходов что и выбранный вами частотный преобразователь. Предусмотрите некоторый запас по входам и выходам для дальнейшей модернизации.

По сроку гарантии

Срок гарантии косвенно позволяет оценить надежность частотного преобразователя. Естественно, нужно выбирать частотный преобразователь с большим сроком. Некоторые производители оговаривают особо случаи поломок, которые не являются гарантийными. Всегда тщательно читайте документацию и посмотрите в интернете отзывы о моделях и производителях оборудования. Это поможет правильному выбору. Не жалейте денег на качественный сервис и обучение персонала.

Частотный преобразователь на стенде

По перегрузочным способностям

В первом приближении, мощность частотного преобразователя нужно выбирать на 10-15% больше мощности двигателя. Ток преобразователя должен быть больше номинального тока двигателя и чуть больше тока возможных перегрузок.

В описании на конкретный механизм обычно указывают токи перегрузок и длительность их протекания. Читайте документацию! Это вас развлечет, и возможно, обезопасит от поломок оборудования в будущем. Если для привода характерны еще и ударные (пиковые) нагрузки (нагрузки в течении 2-3 сек), то необходимо выбрать преобразователь по пиковому току. Опять возьмите запас 10%.

Школа для электрика

Электротехнические устройства, Полезная информация

       Вопрос о необходимости тех или иных функций никуда не уходит с рынка частотных преобразователей, тем более что каждый год появляются новые и новые изделия с дополнительными возможностями... Разобраться всегда не просто, тем более – понять, каким образом набор этих функций сможет удовлетворить потребности того или иного процесса.

Сегодня же в условиях финансовой нестабильности, когда любые вложения должны окупаться как можно быстрее, важно знать рынок и дополнительные возможности оборудования, а также понимать перспективы развития собственного предприятия, для реализации которых это может пригодиться.

Рассмотрим основные функции преобразователей частоты, предлагаемые производителями данной техники, относительно различий в применениях (насосов, вентиляторов, дымососов, конвейеров и т.п.). Ведь именно применением в большинстве случаев определяют необходимость добавления различных функций грамотные производители, и этим же в дальнейшем руководствуются поставщики при подборе оборудования клиенту.

Вначале обозначим различия между встроенными и дополнительными функциями.

  • известно, что с частью функций оборудование поставляется в стандартном исполнении. И их стоимость уже заложена в цену изделия. С ними нам предстоит разобраться наиболее детально в данной статье: ведь, в конце концов, именно их набор зачастую и определяет выбор производителя.
  • далее, когда Вы уже в той или иной мере определились с производителем, Вам обязательно предложат дополнительные опции и устройства. И здесь все будет максимально зависеть от требований Вашего процесса. Их рассмотрение выходит за рамки данной статьи и всегда подлежит индивидуальному обсуждению.

Итак, рассмотрим функции преобразователей частоты в стандартном исполнении, ведь несмотря на многообразие предлагаемых сегодня решений, можно выделить несколько более или менее типовых вариантов реализации функциональной части.

1. Метод управления: существуют преобразователи со скалярным и векторным управлением, которые, в сущности, воплощают в себе две основные задачи, решаемые преобразователями частоты – управление моментом и скоростью вращения двигателя.

Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также таких, для которых важно поддерживать скорость вращения или какой-либо технологический параметр. Метод довольно прост, но имеет небольшой диапазон регулирования скорости и требует установки дополнительных датчиков для реализации управления по скорости и моменту.

Разнообразие векторных вариантов управления впечатляет, но может быть условно разделено на две большие подгруппы: управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей) и управление по вектору напряжения. Касательно второго метода: как известно, напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой. Все остальные методы, по большому счету, являются их дополнением, каждый производитель совершенствует по своему усмотрению расчеты и измерения таких показателей, как индуктивность, намагниченность, вектор электромагнитного поля и т.д.

К примеру, метод DTC (с прямым управлением моментом, без установки дополнительных датчиков) эффективно используется при относительно невысоких требованиях к точности поддержания скорости (1:700), т.е. для таких механизмов, как поршневые компрессоры, насосы, подъемные механизмы, конвейеры, дробилки, пилы, миксеры и т.д.

Отметим, что обычный векторный тип управления в состоянии работать в диапазоне не выше 1:100. При высоких требованиях к регулированию скорости (более 1:1000) используются специальные приводы.

2. ПИД-регулятор: используется для управления внешним процессом при помощи сигнала обратной связи. Сигнал задания может поступать через аналоговый вход, с панели управления посредством предустановленного задания или через последовательный интерфейс.

Измеряет отклонение стабилизируемой величины (например, давление, скорость, температура и т.д.) от заданного значения (так называемой уставки) и генерирует управляющий сигнал.

Наличие данного регулятора внутри преобразователя позволяет упростить систему управления и отказаться от использования внешних регуляторов (контроллеров). Наличие дифференциального аналогового входа позволяет работать преобразователю с двумя одинаковыми датчиками процесса (например, для оценки перепада).

Особенно необходим для таких механизмов, как: насосы, станки, транспортеры и другие. Т.е. везде, где требуется точное поддержание контролируемой величины (скорости, потока и пр.).

3. Мониторинг нагрузки (защита двигателя от механической перегрузки/недогрузки): позволяет использовать преобразователь частоты в качестве монитора нагрузки для защиты двигателя от механических перегрузок и недогрузок, например, от заклинивания полотна конвейера, шнекового транспортера, обрыва ремня вентилятора, «сухой» работы насоса и т.д.

Основан на простой и изящной идее использования двигателя в качестве датчика, а точнее использования цифровой системы слежения за перегрузкой и недогрузкой механизма.

При появлении неноминальной нагрузки двигателя может остановить двигатель / организовать задержку перед повторным включением или подать аварийный сигнал.

Позволяет избежать дорогостоящей установки дополнительных датчиков (поскольку для последних требуется установка непосредственно в технологический процесс). Например, может контролировать вязкость среды (для таких механизмов, как миксеры, отпадает необходимость в установке датчика вязкости) или получать информацию о необходимости проведения профилактических работ (по степени износа оборудования).

Особенно необходим для насосов, кранов, подъемников, мешалок, винтовых конвейеров, ленточных транспортеров, миксеров, дробилок и т.п.

4. Летящий пуск (или подхват вращающегося двигателя при пуске): происходит задержка пуска двигателя в зависимости от его типоразмера, условий вращения, инерции механизма и т.д.

Перезапуск осуществляется при вращающемся двигателе, независимо от направления. При этом не происходит скачков напряжения и токов, исключается износ механической и электрической частей.

Особенно необходим для вытяжных вентиляторов (которые могут иметь прямое или обратное вращение при пуске), в частности, когда важно обеспечить вращение всех вентиляционных механизмов в одну сторону (туннели, подземные парковки и т.п.)

5. EMC-фильтр (сокр. от «электромагнитная совместимость»): используется для уменьшения электромагнитных помех, т.е. придает способность ПЧ эффективно функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам, чувствительному к электромагнитным помехам оборудованию и питающей электросети. А также обеспечивает защиту самого преобразователя частоты.

Необходим для работы со всеми типами электродвигателей.

6. Исполнение IP: степень защищенности от пыли, влаги и прочих неблагоприятных условий эксплуатации.

Оптимальный вариант для большинства типов применения: IP54 – защита от пыли и влаги. Позволяет отказаться от установки оборудования в шкаф и устанавливать преобразователь в непосредственной близости от исполнительного механизма.

В зависимости от стандартного типа исполнения, по большому счету, определяется сфера применения устройства и решается вопрос с установкой.

Актуально для насосов, кранов, конвейеров, компрессоров, вентиляционных установок и другого оборудования, функционирующего в неблагоприятных условиях.

7. Функции автонастройки: минимизируют время запуска преобразователя частоты в эксплуатацию. Усовершенствованная функция ПИД с автонастройкой сокращает время настройки и гарантирует максимальную эффективность работы. Преобразователи частоты оперативно определяют особенности процесса и затем подстраивают параметры к нужному уровню. Результат – экономия энергии и повышение производительности.

8. Векторное торможение: функция векторного торможения делает возможным рассеяние тормозной мощности через двигатель. Таким образом, снижается потребность в тормозной электронике. Очень быстрая реакция внутренней модели двигателя эффективно снижает количество ненужных отключений при ударных нагрузках или неправильной установке времени разгона.

9. Количество аналоговых/дискретных входов/выходов: для сопряжения преобразователя частоты с системой управления требуются сигнальные входы/выходы. Чем больше сигнальных входов/выходов, тем больше возможностей в области программирования различных функций и подключения внешних управляющих сигналов. Всегда полезно иметь запасные входы/выходы, в том числе и на перспективу.

10. Виртуальное подключение логических функций: поддержка виртуальных соединений логических функций, компараторов и таймеров.

Открывает путь к применению большего количества опций за счет дополнительных плат входов/выходов. Различные логические функции можно объединить без использования кабелей или внешних входов/выходов. Так, используя таймер, можно очистить насос от грязи, запустив его на полную мощность, а затем вернув в обычный режим. Адресат и источник виртуального подключения несложно настроить с панели управления.

11. Наборы параметров: большее количество параметров дает пользователю возможность более гибко настроить преобразователь под требуемые задачи. Удобно, когда нужно поменять режим работы двигателя. Осуществляется путем выбора в меню набора параметров, соответствующего нужному режиму работы. Т.е. один преобразователь в состоянии поддерживать нормальную работу с группой электродвигателей разной мощности, функционирующих на разных типах применений.

12. Увеличение пикового момента двигателя: линейное нарастание тока относительно момента дает оптимальный результат при работе (если используется тип управления DTC).

Прямое управление моментом делает возможным увеличение момента двигателя до 400 % от номинального. Соотношение момент / ток остается линейным выше номинального момента, т. е. 200 % тока даст 200 % момента.

13. Полууправляемый выпрямитель позволяет плавно подавать напряжение в звено постоянного тока, не чувствителен к количеству отключений силового питания. Преобразователь сам может выключать контактор, снимая напряжение и обеспечивая дополнительную экономию электроэнергии.

14. Регулятор скорости вращения внутреннего вентилятора: регулировка скорости вращения внутреннего охлаждающего вентилятора позволяет уменьшить общее энергопотребление преобразователя частоты.

15. Интерфейсы обратной связи: с их помощью преобразователи частоты легко встраиваются в современные системы автоматизации. Чем более разнообразный набор стандартных интерфейсов и протоколов, с помощью которых осуществляется непосредственное взаимодействие, тем шире возможности встройки в любую промышленную систему.

16. Русифицированное меню: не секрет, что многие европейские производители предлагают в лучшем случае унифицированное англоязычное меню. Но такая дополнительная доработка, как русификация, дает пользователям возможность быстрее разобраться со всеми настройками и параметрами, а также лучше воспринимать показания текущих параметров на дисплее.

Таким образом, в заключение хотелось бы отметить, что широкая базовая комплектация позволяет в дальнейшем экономить на покупке дополнительного оборудования как в момент установки и пуска оборудования, так и при эксплуатации. А понимание требований процесса позволяет правильно настраивать и применять функции, заложенные в устройство производителем.

Материал предоставлен пресс-службой Компании АДЛ - www.adl.

преобразователи частоты принцип работы, преобразователи частоты википедия, преобразователи частоты mitsubishi, преобразователи частоты danfoss, преобразователи частоты веспер,преобразователи частоты lenze,преобразователи напряжения,преобразователи частоты цены, схема частотный преобразователь , частотный преобразователь схема,  частотный привод,  привод частотный , частотный регулятор,  частотный преобразователь цена,  чрп,  преобразование частоты,  преобразователь напряжение частота,  преобразователь частота напряжение , частотные преобразователи цена,  частотные привода , преобразователь частоты цена,  частотные приводы,  преобразователь 220 в 380  тиристорный, преобразователь частоты  непосредственный, преобразователь частоты,  частотный преобразователь danfoss,  тиристорные преобразователи частоты,  схемы преобразователей частоты,  преобразователи частоты цена,  частотные преобразователи danfos

Статьи близкие по теме:

  • Частотный преобразователь для электродвигателя
  • Регулирование скорости асинхронного двигателя
  • Новейшие преобразователи частоты: система управления
  • Автоматизация насосов и насосных станций
  • Классификация крановых электроприводов
  • sites.google.com

    Выбор преобразователя частоты для электродвигателя. Основные моменты

    Критерии выбораМощностьПитающее напряжениеДиапазон регулированияРежим торможенияСпособы управления электродвигателем

    Правильный выбор преобразователя частоты позволит сократить текущие производственные расходы и, одновременно, повысить производительность технологического оборудования.

    Преимущества использования частотных преобразователей

    • экономичное потребление энергоресурсов;
    • минимальные затраты на техническое обслуживание при соблюдении требований, установленных производителем;
    • повышение качества оперативного управления действующими мощностями;
    • постоянный контроль за важными технологическими процессами;
    • увеличение эксплуатационного ресурса электроприводов и другой сложной техники, в среднем, на 35%.

    Критерии выбора

    К сожалению, четкого перечня критериев, позволяющих выбрать преобразователь частоты, не существует. Это объясняется спецификой разных типов промышленного оборудования. Для каждой единицы техники, эксплуатируемой на заводах, фабриках, предприятиях малого бизнеса, действуют свои условия и ограничения. Поэтому выбор технических параметров преобразователя частоты в каждом случае индивидуален.

    Ключевой критерий – тип исполнительного механизма. Сориентироваться в остальных параметрах помогут универсальные рекомендации, приведенные ниже.

    Мощность

    Важнейшим параметром электропривода является его мощность. Именно поэтому перед тем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя, следует определиться с нагрузочной способностью оборудования. Мощностные показатели ПЧ должны соответствовать значению номинальной мощности двигателя. При этом нагрузка на валу не должна подвергаться динамическим изменениям. Другими словами, частотник подбирается, исходя из следующих параметров:

    • максимального значения тока, потребляемого электроприводом от частотника;
    • перегрузочной способности преобразователя;
    • планируемого типа нагрузки;
    • уровня, длительности и частоты появления перегрузок.

    Питающее напряжение

    Не менее важным является и такой показатель, как питающее напряжение. Как правило, оборудование запитывается от трехфазной промышленной электросети напряжением 380 В. Также встречаются приводы, адаптированные для работы от однофазной сети 220/240 В.

    Кроме того, на данный момент в каталогах производителей имеются модернизированные серии приводов, предназначенные для эксплуатации в высоковольтных сетях. Мощность такого оборудования измеряется в мегаваттах.

    Диапазон регулирования

    В случае, когда показатели скорости вращения электродвигателя не опускаются ниже 10% от номинала, подбор преобразователя частоты не предусматривает соблюдения каких-либо специальных условий. Однако в ситуации, требующей дальнейшего снижения скорости при соблюдении номинального крутящего момента на валу, важно убедиться в том, что ПЧ сможет обеспечить работу на частотах, приближенных к нулю.

    Режим торможения

    Инерционное торможение по своим характеристикам схоже с отключением электродвигателя от питающей сети. Оба процесса могут занять немало времени, но, правильно подобрав преобразователь частоты и опции к нему, можно выполнить останов или торможение двигателя с переходом на более низкую скорость за короткий промежуток времени.

    Способы управления электродвигателем

    Ряд механизмов предусматривают эксплуатацию с управлением от задающего сигнала при условии плавного изменения оборотов электрического двигателя. Иногда необходима работа на фиксированных скоростях. Оба этих момента предусматривают управление как с пульта управления преобразователя частоты, так и с применением клемм цепей управления ПЧ, кнопок, потенциометров, переключателей, устройств автоматики.

    Все вышеперечисленные аспекты выбора частотника не являются исчерпывающими. При подборе также важно учитывать наличие функции индикации параметров, полноту защитных функций, особенности монтажа и установки ПЧ, возможность автоматической настройки, условия использования устройства, наличие различных интерфейсов связи.

    Другие полезные материалы:Как правильно подобрать электродвигательРедуктор от «А» до «Я»Как выбрать мотор-редукторПодключение и настройка частотного преобразователя

    tehprivod.ru

    Частотный преобразователь для электродвигателя

    Недостатки механического регулирования оборотов ротора электродвигателя

    Управление крутящим моментом двигателя посредством механических устройств не снижает пусковой ток двигателя и обладает малым диапазоном регулирования. К тому же, механические устройства – вариаторы при работе испытывают значительные механические нагрузки и подвержены износу. Это обуславливает высокую себестоимость по сравнению с преобразователями частоты, которые лучше адаптированы под частые перегрузки.

    Частотные преобразователи подключаются непосредственно к двигателю, что позволяет исключить применение дополнительных механизмов. Также при необходимости преобразователь частоты может временно повысить скорость выше номинальной, в отличие от механического регулирования скорости, которое обычно ограничивает ее диапазон и сужает возможности в выборе режима функционирования электродвигателя.

    Технические аспекты применения частотных преобразователей

    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.

    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 электродвигателя.

    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.

    Изучение документации

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

    en-res.ru


    Смотрите также