Как подобрать частотный преобразователь

Выбор частотного преобразователя по току, мощности и другим параметрам

Сразу стоит отметить, что с помощью частотного преобразователя вы можете подключить асинхронный трёхфазный двигатель к однофазной сети без конденсаторов, соответственно и без потери мощности.

Чтобы понять, как правильно выбрать частотный преобразователь, давайте рассмотрим ряд основных параметров:

1. Мощность. Подбирают большую, чем полная мощность двигателя, который будет к нему подключен. Для двигателя на 2.5 кВт, если он работает с редкими незначительными перегрузками или в номинале, частотный преобразователь выбирают ближайший в сторону увеличения из модельного ряда, допустим на 3 кВт.
2. Количество питающих фаз и напряжение – однофазные и трёхфазные. К однофазным на вход подключается на 220В, а на выходе мы получаем 3 фазы с линейным напряжением 220В или на 380В (уточняйте какое выходное напряжение при покупке, это важно для правильного соединения обмоток двигателя). К мощным трёхфазным приборам подключается три фазы соответственно.
3. Тип управления – векторное и скалярное. Частотные преобразователи со скалярным управлением не обеспечивают точной регулировки в широких пределах, при слишком низких или слишком высоких частотах могут изменяться параметры двигателя (падает момент). Сам же момент поддерживается так называемой ВЧХ (функция U/f=const), где напряжение на выходе зависит от частоты. Для частотников с векторным управлением применяются цепи обратной связи, с их помощью поддерживается стабильность работы в широком диапазоне частот. А также, когда при постоянной частоте изменяется нагрузка на двигатель, такие преобразователи частоты более точно поддерживают момент на валу таким образом снижая реактивную мощность двигателя. На практике чаще встречаются частотные преобразователи со скалярным управлением, например, для насосов, вентиляторов, компрессоров и прочего. Однако при повышении частоты выше чем в сети (50 Гц) момент начинает снижаться, говоря простым языком – некуда повышать напряжение с увеличением оборотов. Модели с векторным управлением стоят дороже, их основная задача – поддержание высокого момента на валу, независимо от нагрузки, что может быть полезным для токарного или фрезерного станка, для поддержания стабильных оборотов шпинделя.
4. Диапазон регулирования. Этот параметр важен, когда вам нужно регулировать электропривод в широком диапазоне. Если вам, например, нужно подстраивать производительность насоса – регулировка будет происходить в пределах 10% от номинала.
5. Функциональным особенности. Например, для управления насосом будет хорошо, если в частотном преобразователе будет функция отслеживания режима «сухого хода».
6. Исполнение и влагозащищенность. Этот параметр определяет, где может быть установлен частотник. Чтобы сделать правильный выбор определитесь где вы его установите, если это будет сырое помещение – подвал, например, то лучше поместить прибор в щит с классом защиты IP55 или близкий к нему.
7. Способ торможения вала. Инерционное торможение происходит при простом отключении питания от двигателя. Для резкого разгона и торможения применяется рекуперативное или динамическое торможение, за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре, или быстрое понижение частоты с помощью преобразователя.
8. Способ отвода тепла. При работе полупроводниковые ключи выделяют достаточно большое количество тепла. В связи с этим их устанавливают на радиаторы для охлаждения. В мощных моделях используется активная система охлаждения (с помощью кулеров), что позволяет снизить габариты и вес радиаторов. Это нужно учесть еще до покупки, перед тем как вы решите выбрать ту или иную модель. Сперва определите где и как будет проведен монтаж. Если он будет установлен в шкафу, то следует учесть и то, что при малом объеме пространства вокруг прибора охлаждение будет затруднено.

Часто преобразователи частоты подбирают для глубинного насоса. Он нужен для регулирования производительности насоса и поддерживания постоянного давления, плавного пуска, контроля работы «на сухую» и экономии электроэнергии. Для этого есть специальные приборы, которые отличаются от частотников общего назначения.

Как рассчитать частотник под двигатель

Есть несколько способов расчета для выбора частотного преобразователя. Рассмотрим их.

Подбор по току:

Ток преобразователя частоты должен быть равен или большим чем ток для трёхфазного электродвигателя, потребляемый при полной нагрузке.

Допустим есть асинхронный двигатель с характеристиками:

• P = 7,5 кВт;
• U = 3х400 В;
• I = 14,73 А.

Значит длительный выходной ток частотного должен быть равен или больше чем 14.73А. Расчет показывает, что это равняется 9.6 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента. Таким требованиям с небольшим запасом соответствует модель: Danfoss VLT Micro Drive FC 51 11 кВт/3ф, которую будет вполне разумно выбрать.

Выбор по полной мощности:

Допустим есть двигатель АИР 80А2, на табличке которого указано (для треугольника):

• P= 1,5 кВт;
• U=220 В;
• I=6 А.

S=3*220*(6/1,73)=2283 Вт =2,3 кВт

Выбираем преобразователь частоты с хорошим запасом, при том что мы его будем подключать к однофазной сети и использовать для управления вращением шпинделя токарного станка. Ближайшая модель, которая для этого подойдет: CFM210 3,3 кВт.

Стоит отметить, что модельный ряд большинства производителей соответствует стандартному ряду мощностей асинхронных двигателей, что позволит сделать выбор частотника с соответствующей мощностью (не превышающей). Если вы используете заведомо более мощный двигатель и не нагружаете его полностью, можно измерить фактический ток потребления и подобрать преобразователь частоты исходя из этих данных. В общем при расчёте частотника для двигателя учитывайте:

1. Максимальный потребляемый ток.
2. Перегрузочную способность преобразователя.
3. Тип нагрузки.
4. Как часто и насколько долго могут возникать перегрузки.

Теперь вы знаете, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя и на что обратить внимание при выборе данного типа устройств. Надеемся, предоставленные советы помогли вам подобрать подходящую модель под собственные условия!

Как подобрать частотный преобразователь

Данный раздел посвящен выбору частотных преобразователей и устройств плавного пуска.

Выбор частотного преобразователя

Выбор частотного преобразователя требует обязательно учета всех технические параметров электропривода рассматриваемой системы, таких как:

• Тип и характер нагрузки;
• Величина номинального тока подключенного двигателя;
• Величина питающего напряжения;
• Требуемая точность и диапазон регулирования скорости;
• Необходимость режима торможения;
• Способы управления электроприводом;
• Требуемые функции управления и защиты.

Помимо указанных Выше основных параметров следует также учесть возможные требования предъявляемые к самой конструкции частотного преобразователя (массогабаритные характеристики), варианту исполнения и степени защиты (IP), наличию пульта управления и др.

Учет технических параметров электропривода

Характер нагрузки

Правильное понимание особенностей системы, в которой будет работать преобразователь частоты позволяет правильно определиться с нужной серией частотного преобразователя и основным функционалом. Различные механизмы в различных системах требуют наличия определенного набора функций у частотного преобразователя. Например, для насоса и тягодутьевой машины момент нагрузки на приводной электродвигатель различны и соответственно оптимальный алгоритм управления этими приводами должен отличаться (см. теория) Многие производители выпускают отдельные серии преобразователей частоты для специального применения (например частотный преобразователь адаптированный для работы с насосами)

Мощность частотного преобразователя

Мощность электропривода, также как и его номинальный рабочий ток является, пожалуй, одним из основных его параметров. Частотный преобразователь выбирается исходя из мощности электродвигателя или его номинального рабочего тока. Выбор ПЧ необходимо осуществлять по величине тока потребляемого двигателем от частотного преобразователя с учетом перегрузочной способности частотника. Обычно перегрузочная способность учитывается совместно с её временем продолжительности перегрузки. Перегрузочная способность определяет время срабатывания непосредственной защиты электропривода и указывается в процентах (%) от номинального тока электродвигателя.

Напряжение питающей сети

Важным также являются параметры питающей сети. Наиболее часто встречающимся вариантом является — питание преобразователя частоты от трехфазной 380В.

В общем случае возможны следующие группы напряжений:

• НН: 110 В, 220 В, 380В (690 В) – НН, низкое напряжение
• СН-2: 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ — СН-2, среднее второе напряжение,
• СН-1: 35 кВ — среднее первое напряжение

Очень часто преобразователи частоты, работающие от напряжения групп СН-1,2 называют высоковольтными.

Каждый из вариантов применим для различного рода решений, и зависит как от возможностей электроснабжения, так и от ряда возможностей обусловленных применением соответствующего привода.

Диапазон регулирования частоты

Если технологическим процессом предусмотрено снижение частоты вращения не более 10%, то для такого механизма будет применим практически любой частотный преобразователь. Однако в случае требования обеспечить большой диапазон регулирования частоты, необходимо выбирать преобразователь частоты способный обеспечить работу низких частотах. Также необходимо позаботится об охлаждении двигателя. Стандартный асинхронный двигатель охлаждается закрепленным на его валу вентилятором. Соответственно при снижении частоты вращения вала уменьшается охлаждение электродвигателя. Некоторые преобразователи частоты снабжены функцией контроля теплового режима. Однако возможны варианты где потребуется дополнительное охлаждение или применение другого типа электродвигателя.

Необходимость режима торможения

Для случаем управления приводом высоко инерционных механизмов возникает вопрос – куда деть кинетическую энергию двигателя при торможении. Возможны следующие варианты:

• Отдать энергию обратно в сеть (рекуперация);
• Остановить электродвигателем путем понижения частоты питающего напряжения статора. В таком случае избыточная энергия выделится в виде тепла на радиаторах;

Варианты использования того или иного метода должны анализироваться с точки зрения экономической целесообразности. Например рекуперативное торможения более выгодно в плане экономии электроэнергии, однако значительно увеличивает стоимость частотного преобразователя по сравнению с преобразователем частоты с простым тормозным сопротивлением. Данный вопрос необходимо рассматривать в каждом конкретном случае и учитывать все затраты за весь жизненный цикл оборудования.

Способы управления двигателем

Существуют два основных метода частотного регулирования двигателем:

• Скалярное управление;
• Векторное управление.

Метод скалярно управления является наиболее распространенным. Применяется как правило для управления двигателей в насосных и вентиляторных агрегатах, компрессорной технике, а также механизмов, где необходимо поддерживать технологический параметр посредством датчика обратной связи. Диапазон регулирования частоты вращения при таком методе достигает 1:10.

Недостатки скалярно метода:

• Значительно снижение величины крутящего момента при частотах f<0,1fном;
• Невозможность регулировки частоты вращения вала без специального датчика;
• Невозможность регулировать момент на валу электродвигателя.

Векторный метод лишен этих недостатков. При векторном управлении закладывается математическая модель двигателя, позволяющая рассчитать момент и скорость вращения вала.

Существует два класса систем векторного управления.:

• Бездатчиковые (диапазон регулирования не более 1:100 при точности не более ±0,5%).
• C наличием обратной связью по скорости. (диапазон регулирования 1:10000 о более при точности поддержания скорости до ±0,02%

Функции защиты

Кроме функций управления преобразователь частоты должен обеспечивать защиту электродвигателя и системы в целом.

Основными защитными функциями частотного преобразователя являются следующие:

• Ограничение тока при пуске, при продолжительной работе, при остановке и коротком замыкании;
• Защита от перенапряжения и пониженного напряжения;
• Контроль температуры двигателя;
• Защита от перегрева радиатора;
• Защита выходных IGBT модулей.

Выбор устройства плавного пуска

Для эффективного применения устройств плавного пуска, подбор необходимо производить с учетом следующих критериев:

1. Режим работы;
2. Токовая нагрузка электродвигателя;
3. Максимальное количество пусков в час;
4. Напряжение сети;
5. Исполнение IP.

Режим работы устройства плавного пуска

В зависимости от типа системы, в которой будет использоваться устройства плавного пуска, выбирается необходимый режим работы. Очень важно правильно подобрать характеристики пуска в зависимости от применяемого оборудования. В таблице 1 приведены режимы работы основных типов оборудования, для которых применяются устройства плавного пуска.

Как правильно подобрать частотный преобразователь, преимущества использования частотников

Условия эксплуатации устройства являются существенным фактором, влияющим на сроки эксплуатации электродвигателя. Поэтому, выбирая преобразователь частоты, 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;
• вязкая нагрузка;
• нагрузка с высокой силой инерции;
• 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:

• ударная нагрузка;
• постоянная нагрузка;
• изменяющаяся периодами нагрузка;
• 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 работу частотника 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).

При работе преобразователя частоты с одним двигателем 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, скалярное или векторное управление. 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 частотника принадлежит параметр, 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: