• В том случае, если при выборе пользователь ошибся с мощностью, и она оказалась завышена, преобразователь не сможет защитить двигатель от возможного перегруза, скачков напряжения и прочих факторов.
• Меньшая мощность не создаст условия для хорошей эффективности машины. Преобразователь с небольшой мощностью не сможет обеспечить высокую динамику рабочего режима насосной установки. Возникающие периодически перегрузки могут послужить причиной неисправности.

Факторы, на которые обращают внимание при выборе

Условия эксплуатации устройства являются существенным фактором, влияющим на сроки эксплуатации электродвигателя. Поэтому, выбирая , нужно обратить внимание на такие факторы:

• границы рабочих скоростей электрического двигателя;
• рабочие границы моментов вращения;
• характер нагрузки;
• циклограмму работы.

Все характеристики взаимосвязаны между собой. Так, нагрузка имеет несколько типов и связана с такими характеристиками, как скорость, момент и пусковой момент. Она бывает:

• функциональной или служит для подъема грузов, например, мостовой кран, электродвигатель может быть подключен от ПЧ;
• нагрузка с передачей и накоплением энергии.

Скорости вращения и момента связаны со скоростью, моментом и параметрами времени, они зависят от следующих характеристик:

• величина постоянного момента;
• постоянная величина скорости;
• уменьшающееся число крутящего момента;
• уменьшающаяся скорость.

Характер нагрузки зависит от таких показателей, как:

высокий начальный момент;

низкий начальный момент.

Особенности при расчете ПЧ для электродвигателя

Прежде, чем выбрать преобразователь частоты выполняют выбор и расчет преобразователя частоты для электродвигателя. Обязательно обращают внимание на продолжительность скоростных режимов, в том числе и на повторно-кратковременный режим. Необходимо принимать во внимание мгновенную величину максимального тока и на длительность постоянного тока на выходе с преобразователя.

Важно учитывать максимальную и номинальную частоту. Принимается во внимание мощность или импендас силового распределительного трансформатора вместе с проводами линии электропередач или кабельной линией. Источник питания влияет на и насосной установки, длина питающей линии оказывает влияние на потери напряжения. Учитываются возможные скачки напряжения, возможный перекос фаз при неравномерной нагрузке, влияющий на фазный дисбаланс.

Учитываются такие факторы, как механическое трение, потери в проводнике и изменение рабочего цикла.

Выбор частотных преобразователей на насосы

Важно произвести правильный расчет преобразователя частоты и совмещение его с насосной установкой. Расчет будет влиять на правильный выбор преобразователя. От этого зависит его эффективность и долговечность использования, как самого преобразователя, так и электропривода (насосной установки) полностью.

Как выбрать ПЧ перед тем, как его купить

Перед тем, как выбрать частотный преобразователь,проверяют электрическую совместимость с двигателем и нагрузочной способностью (мощностью).

Рис. №1. Структурная схема работы системы VFD.

При работе преобразователя выбор проводят в зависимости от паспортных характеристик. При выборе учитываются такие показатели, как:

1. Мощности по паспорту ПЧ и электродвигателя должны быть равными. Этот параметр действует в случае использования двигателей с двумя парами полюсов (2p=4), со скоростью вращения до 1500 об/мин, с постоянным моментом. Он же действует и для ПЧ, которые могут справиться с перегрузом в 150% (конвейеры, транспортерные ленты) и для преобразователей, работающих с перегрузом 120% (вентиляторы, центробежные насосы).
2. Величина номинального тока должна быть равной и быть больше продолжительного фактического тока, который потребляется двигателем (тока нагрузки).

Важно: потребляемый двигателем ток должен быть меньше номинального тока преобразователя частоты, приведенного в спецификации.

Время разгона двигателя при пусковом токе 150% составляет 120% для преобразователей, специализирующихся в насосных агрегатах, от номинального ПЧ обычно не должно превышать 60сек.

1. Входное напряжение сети должно удовлетворять преобразователь, он должен сохранять свою работоспособность при любых отклонениях напряжения от нормы.
2. Диапазон регулирования частот, который может поддерживать преобразователь должен удовлетворять высокоскоростному режиму двигателя.
3. Наличие дискретных входов управления необходимо для ввода различного рода команд, запрограммированных пользователем. Нужны и аналоговые, служат для ввода сигналов задания и для обратной связи. Необходимы и цифровые входы, служащие для высокочастотных сигналов, поступающих от энкордеров или цифровых датчиков скорости и положения.
4. Число выходных сигналов служат для создания сложных схем для системы насосных станций.
5. Возможность оперативного управления в рабочем режиме, это могут быть входы управления с помощью пульта. Или управление с помощью шины последовательной связи посредством контроллера или компьютера. Может быть это будет комбинированное управление.
6. Выбор преобразователя зависит от предпочтения способа управления электродвигателем, . Зависит раздельного векторного управления двигателями или скалярное управление – поддержание одного постоянного отношения выходного напряжения к выходной частоте. Для насосных агрегатов более свойственен способ векторного управления.
7. К более точным критериям выбора , определяющий работу двигателя на установившейся скорости. При работе преобразователя с одним двигателем необходимая мощность для запуска рассчитывается по формуле:

Рис. №2. Формула расчета полной пусковой мощности.

Ток потребления двигателем от преобразователя при сетевом напряжении 220/380В рассчитывают по формуле:

Рис. №3. Расчет механических характеристик двигателя.

Важно: Руководствуясь требованием, как правильно выбрать преобразователь частоты по токовым характеристикам, требуется соответствие ПЧ всем нормам и требованиям, но нормами по мощности разрешается пренебречь.

Рис. №4. Таблица неравенств, которые необходимо соблюдать при выборе ПЧ для работы одного частотника с несколькими двигателями.

Преимущества применения частотного преобразователя

Рис.№5. Преимущества выбора частотного преобразователя

К достоинствам частотного преобразователя относятся несколько важных качеств:

1. Снижение пускового тока до фактической рабочей величины. Условия питания электрического двигателя напрямую от сети и питание от преобразователя отличаются. В первом случае, пусковой ток увеличивается не менее, чем в семь раз от номинального значения тока двигателя. Плавный пуск с постепенным плавным нарастанием частоты сетевого напряжения питания двигателя может быть понижен до фактического, потребляемого двигателем в установившемся рабочем режиме. Достигается это установкой времени разгона, если необходимо разогнать инерционную нагрузку преобразователь может обеспечить большую мощность, чем мощность двигателя.
2. Существуют модели преобразователей, максимально ориентированных для работы на нагрузку с переменным моментом, а именно, для насосных станций, укомплектованных центробежными насосами. Номинальный ток преобразователя может быть более, чем на две ступени выше паспортных показателей двигателя.
3. для запуска насосных агрегатов дает экономию электроэнергии минимум 30%.

Недостатки векторных частотных преобразователей:

1. Сложность настройки векторного преобразователя, необходима консультация специалиста. Производится учет параметров электродвигателя, в том числе и индуктивности.
2. Технология использования электропривода должна подразумевать 100% точность, только в этом случае оправдан выбор ПЧ.
3. Выбирая векторный преобразователь, нужно не забыть перейти со скалярного режима.
4. Высокие требования к точности измерительных приборов и датчиков тока, что сказывается на стоимости.
5. Векторный ПЧ желательно использовать для конкретного электродвигателя.

Содержание:

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

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

Что такое частотный преобразователь

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

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

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

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

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

Принцип действия частотного преобразователя

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

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

Управление асинхронными двигателями осуществляется двумя способами:

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

Настройка частотного преобразователя для электродвигателя

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

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

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

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

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

Частотные преобразователи для асинхронных двигателей

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

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

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

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

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

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

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

1. «Треугольник».

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

1. «Звезда».

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

На рисунке схема подключения частотника 8400 Vector

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

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

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

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

Сборка преобразователя частот своими руками

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

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

На рисунке структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока.

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

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

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

Сферы применения преобразователей:

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

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

Производим и продаем преобразователи частоты для преобразования бытовой сети 220В в три фазы, для управления оборотами электродвигателей и плавного пуска-стопа.
Модель Мощность Цена
CFM110 0.25кВт 90 дол.США
CFM110 0.37кВт 95 дол.США
CFM110 0.55кВт 100 дол.США
CFM210 1,0 кВт 130 дол.США
CFM210 1,5 кВт 140 дол.США
CFM210 2,2 кВт 155 дол.США
CFM210 3,3 кВт 170 дол.США
АФМ 210/310 7,5кВт 400дол.США


Возможно подключение радиопульта к частотнику как на видео:

Фото радиопульта и частотника CFM110:

Цена радиопульта - 30 дол.США
Доставка частотников по всему миру службой ЕМС за счет потребителя
Контакты для заказов частотных преобразователей:
+38 050 4571330
chastotnik@сайт

Как выбирать частотник

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

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

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

экономию электроэнергии при замене других способов регулирования;

снижение пусковых токов до минимально необходимых для реализации пуска;

снижение ударных нагрузок на механизм при пуске;

комплексную защиту двигателя и механизма.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Руслан ХУСАИНОВ, технический директор ЗАО «Сантерно»

Оптимальный выбор преобразователя частоты сводится к соответствию его функциональности техническим характеристикам электродвигателя. Правильный подбор частотного преобразователя обеспечит надёжную и долговременную эксплуатацию вашего электрооборудования.

1. ВЫБОР ТИПА НАГРУЗКИ

Обычно способность к перегрузкам указывается в процентах от номинального тока совместно с максимально допустимым временем

действия данной перегрузки до активации непосредственной защиты. Таким образом, для правильного выбора нужно знать характер перегрузок именно вашего механизма, в частности: каков уровень перегрузок, какова их длительность и как часто они появляются. Наиболее распространены 2 типа нагрузок:

• с постоянным нагрузочным моментом («ПМ») в рабочем диапазоне скоростей (конвейеры, лифты, экструдеры и т.п.). Для данного типа нагрузки характерны перегрузки до10...50%.
• с квадратичным нагрузочным моментом («КМ») в рабочем диапазоне скоростей (насосы, вентиляторы, лопастные компрессоры). Для данного типа агрегатов характерны перегрузки не более 10%. Благодаря тому, что в агрегатах с квадратичным нагрузочным моментом не бывает перегрузок, на данные агрегаты допускается установка ПЧ более низкого типономинала.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОГО ТОКА ДВИГАТЕЛЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ

Определение номинального тока и напряжения - очень важный вопрос. Наиболее распространенный случай - это питание от трехфазной промышленной сети 380В, но есть случаи, когда привод рассчитан на работу от однофазной сети 220-240В. Как правило, такие приводы ограничиваются рядом мощностей до 3,7 кВт. Существуют варианты и высоковольтного привода с возможностью управления более мощными двигателями, с мощностями измеряющимися уже в МВт, при относительно меньших значения тока.

Необходимо определить номинальный выходной ток ПЧ. Он должен быть равен, либо превышать номинальный ток двигателя. В случае, если преобразователь частоты рассчитан для асинхронного двигателя, эксплуатируемого многие годы, мы рекомендуем выбирать частотник с заведомо завышенным выходным током.

3. ВЫБОР МОЩНОСТИ

Мощность - один из основных параметров электропривода. При выборе частотника, в первую очередь, следует определится с его нагрузочной способностью. В соответствии с имеющейся номинальной мощностью двигателя выбирается ЧП, рассчитанный на такую же мощность. И такой выбор будет являться правильным при условии, что нагрузка на валу не будет динамично изменяться, ток не будет значительно превышать номинальное установленное значение, как для данного двигателя, так и устройства распределения частоты. Поэтому более корректным было бы производить выбор по максимальному значению тока потребляемого электродвигателем от преобразователя с учетом перегрузочной способности последнего.

4. УСЛОВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Наличие пыли и влажность определяют степень защиты (IP) преобразователя: IP00 / IP20 / IP21 / IP54

В случае эксплуатации преобразователей частоты в условиях повышенной влажности и агрессивной среды мы рекомендуем применять лакированные платы.

5. ТРЕБОВАНИЯ ПО ЭМС (по электромагнитной совместимости)

Преобразователи частоты могут быть изготовлены со встроенным фильтром ЭМС, либо предусматривают приобретение данного фильтра дополнительно.

6. БЫСТРОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

Необходимость определяется наличием или отсутствием тормозного прерывателя и тормозного резистора. Для снижения скорости вращения электродвигателя до нуля используются три способа:

7. СЕТЕВОЙ ОБМЕН. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Для совместной работы электродвигателя и системы автоматического управления используются различные протоколы передачи данных. Наибольшее распространение получил протокол связи Modbus с интерфейсом RS-485, однако в зависимости от используемого оборудования вопрос об использовании того или иного протокола уточняется для каждого конкретного случая. Способ управления преобразователем определяется типом и количеством интерфейсных плат ЧП. Современные преобразователи могут работать в режимах «внешнего управления», когда преобразователь управляется внешними сигналами, «управления с пульта», «комбинированного управления» и «управления по последовательному интерфейсу». В современной технике наиболее распространены два управляющих (задающих) сигнала: 0-10 В и 4-20 ВПреобразователь частоты сам способен управлять скоростью вращения. Для этого в ПЧ встроен ПИД-регулятор, а также существует возможность подключения датчика обратной связи какого-либо технологического параметра.