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