Выбор частотного преобразователя по току, мощности и другим параметрам

Как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя

Экология познания.Наука и техника: Асинхронные двигатели применяются сегодня достаточно широко, а современные частотные преобразователи призваны сделать их работу более эффективной, устойчивой и безопасной.

Асинхронные двигатели применяются сегодня достаточно широко, а современные частотные преобразователи призваны сделать их работу более эффективной, устойчивой и безопасной.

В каждом конкретном случае режим работы асинхронного двигателя свой, и особенности этих режимов отличаются, в связи с этим полезно оптимизировать параметры питания двигателей, чему и способствует применение частотных преобразователей.

Частотные преобразователи бывают однофазными или трехфазными. И даже если на вход подается всего одна фаза, на выходе может быть как одна, так и три фазы. Обязательно обратите на это внимание при выборе частотного преобразователя.

Что касается мощности асинхронного двигателя, то она связана с максимальным потребляемым током, на который и следует ориентироваться.

Если при старте двигателя требуется получить значительный пусковой момент на валу, то в этом случае и ток нужен больший, значит, имеет смысл выбрать частотный преобразователь на большее значение тока.

Быстрый разгон и резкое торможение напрямую связано с током, если преобразователь в состоянии дать необходимый ток, значит, по этому параметру он вам подходит.

Для специальных двигателей, как то: погружные насосы, синхронные двигатели, с втяжным ротором, высокоскоростные, – максимальный ток частотного преобразователь должен быть лишь немного выше номинального тока двигателя.

Когда параметры нагрузки заранее известны и не меняются при постоянной частоте (например это могут быть вентиляторы, насосы, компрессоры, то есть те механизмы, которые отвечают за поддержание определенного состояния технологического процесса), то есть момент зависит непосредственно от частоты, применяют скалярный метод частотного регулирования с диапазоном от 5 до 50 Гц и выше.

К примеру, компрессор должен поддерживать определенное давление, и датчик давления, отслеживая текущее состояние в текущем режиме, дает сигнал на изменение оборотов, – обороты компрессора меняются, следовательно, меняется и нагрузка, эту возможность дает опция обратной связи.

В основном частотные преобразователи с векторным управлением подходят для приведения в действие конвейеров, лифтов, транспортеров, строительной техники, прессов, станков, и другого оборудования, требующего постоянной скорости при переменной нагрузке. Могут такие преобразователи поддерживать и постоянный момент при меняющейся скорости.

Преобразователь с векторным управлением требует настройки, то есть ввода паспортных данных подключенного двигателя. В процессе работы происходит автоматическое регулирование на основе текущей информации о токе, напряжении и частоте. Векторный метод регулирования позволяет снизить реактивный ток двигателя до оптимального путем соответствующего понижения или повышения напряжения на двигателе.

Частотные преобразователи с обратной связью по скорости позволяют прецизионно регулировать скорость, когда нагрузка при одной и той же частоте может меняться, и момент вообще не связан напрямую со скоростью. У таких преобразователей возможна и регулировка скорости в широком диапазоне при моментах близких к номиналу.

Источник: https://econet.ru/articles/87570-kak-vybrat-chastotnyy-preobrazovatel-dlya-elektrodvigatelya

Выбор и параметры частотного преобразователя

Энергосбережение является актуальным направлением развития и совершенствования современных промышленных предприятий.

Что такое частотник?

При проектировании технологического процесса, в качестве расчетных, принимаются параметры максимальной производительности производства, которая по факту достигается не постоянно.

При этом электрическое оборудование потребляет неизменное количество электроэнергии вне зависимости от производительности оборудования, эффективность которого из-за этого снижается, а удельные затраты на единицу продукции увеличиваются.

Для того, чтобы удельные затраты на производство продукции оставались неизменными необходимо, чтобы электро потребление снижалось пропорционально производительности процесса в целом и наиболее энергоемких единиц оборудования, в частности.

Для решения такой задачи предназначен или, как его называют в обиходе – “частотник”.

Частотный преобразователь преобразует трех или однофазный сетевой ток со стандартной частотой 50 Гц в электрический ток необходимой частоты, которая варьируется от 1 до 800 Гц, количество фаз тока при этом не меняется.

Параметры, влияющие на выбор преобразователя

На выбор частотного преобразователя, помимо минимального размера цены, влияет ряд технических параметров электропривода, на который он устанавливается. Эти параметры являются исходными и включают в себя:

1.Механическая мощность на валу двигателя (не путать с потребляемой мощностью) – дает погрешность при выборе преобразователя ввиду возможности динамичного изменения нагрузки на валу реципиента.

2. Максимальное значение потребляемого тока – дает наиболее точные результаты при подборе преобразователя, не является паспортным значением, требует натурных измерений.
3. Напряжение питающей сети – определяет применимость привода при 220В, 380 В или для работы в высоковольтной сети.
4. Диапазон регулирования частоты – определяет набор функциональных параметров преобразователя, если угловая скорость меняется более, чем на 10%, требуется принятие дополнительных мер для работы на частотах близких к нулевому значению и реализации обратной связи, для контроля температуры обмотки двигателя, во избежание перегрева.
5. Способ остановки реципиента – определяет исполнение соответствующей функции разными методами:
 

• рекуперация в сеть – дает наибольшую экономию электричества;
• использование тормозного сопротивления – низкая себестоимость;
• торможение двигателем – не требует затрат, но возможно только на малых мощностях.
• 1. Особенности управления – определяют дополнительную комплектацию в зависимости от схемы управления – по месту или дистанционно, в ручном, автоматизированном или автоматическом режимах. С увеличением степени комфортности управления растет цена.2. Функции защиты – реализуются стандартным необходимым набором.3. Условия и особенности монтажа и обслуживания – с увеличением агрессивности окружающего рабочего пространства и трудностей монтажа и обслуживания, растет уникальность устройства и, как следствие, его цена.  Существует четыре основных способа выбора устройства для преобразования частоты: 1. Самым точным является выбор по величине максимального потребляемого электродвигателем тока, в соответствии с ним выбирается частотник, выходное значение тока которого, при постоянном или квадратичном характере изменения крутящего момента на валу, равно или превышает это значение. Для определения максимального значения токовой нагрузки, требуется загрузка агрегата или механизма на 100% его производительности при рабочих параметрах (температура, давление, плотность среды и т.п.). 2. По полной мощности потребляемой двигателем и, соответственно, выдаваемой преобразователем в качестве выходного параметра. Полная мощность определяется расчетным способом по известным соотношениям, в зависимости от напряжения, силы тока и числа ступеней реципиента. Сравнение параметров полной мощности для двигателя и преобразователя осуществляется при одном и том же значении напряжения. 3. По механической мощности на валу двигателя, способ дает погрешность из-за того, что является функцией механической мощности, к.п.д. двигателя и коэффициента мощности (где к.п.д. и коэффициент мощности принимаются по рекомендациям). 4. По номинальной мощности, соответствующей серии асинхронных электродвигателей, характеризуется наименьшей точностью подбора, по причине того, что не учитываются фактические условия эксплуатации.Таким образом, точность подбора зависит от реалистичности исходных данных, а цена от набора функций и выходных параметров.

Источник: https://mirprivoda.ru/articles/vybor-parametry-chastotnogo-preobrazovatelya

Выбор преобразователя частоты или какие вопросы нужно учесть?

При подборе преобразователя частоты мы зачастую применяем оборудование, которое по тем или иным параметрам не соответствует заданным требованиям, мощности, функциональности, или наконец цены…

Вопросы выбора частотного преобразователя.

Мощность преобразователя частоты.

Одним из наиболее важных параметров электропривода является его мощность. По этой причине при выборе частотного преобразователя в первую очередь следует, определится с его нагрузочной способностью. В соответствии с имеющейся номинальной мощностью двигателя выбирается преобразователь частоты, рассчитанный на такую же мощность.

И такой выбор будет являться правильным при условии, что нагрузка на валу не будет динамично изменяться, и ток значительно превышать номинальное установленное значение, как для данного двигателя, так и преобразователя.

Поэтому более корректным было бы производить выбор по максимальному значению тока потребляемого двигателем от частотного преобразователя с учетом перегрузочной способности последнего. Обычно способность к перегрузкам указывается в процентах от номинального тока в течении промежутка времени.

Питающее напряжение.

Не менее важным является вопрос о питающем напряжении. Наиболее распространенный случай это питание от трехфазной промышленной сети 380В, но возможны варианты, когда привод рассчитан на работу от однофазной сети 220-240В. Как правило, последний ограничивается рядом мощностей до 3,7кВт.

Существуют варианты и высоковольтного привода, дающие возможность управлять более мощными двигателями, с мощностями, измеряющимися уже в МВт, при относительно меньших значения тока.

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.

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 убедиться в 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. Обычно асинхронный двигатель (с самовентиляцией) охлаждается вентилятором, закрепленным на его валу, поэтому при снижении скорости эффективность охлаждения резко падает. Некоторые преобразователи снабжены функцией контроля теплового режима с помощью обратной связи через датчик температуры установленного на самом двигателе. Существуют и другие варианты решения данного вопроса, но уже без использования частотного преобразователя.

            Режим торможения.

            Торможение выбегом, аналогично отключению двигателя от питающей сети, при этом процесс может занять продолжительное время. Особенно если это высокоинерционные механизмы. С помощью частотного преобразователя можно осуществить останов или торможение двигателя с переходом на более низкую скорость работы за более короткий промежуток времени. Возможно несколько вариантов:

–        отдать в сеть(рекуперировать), а такие преобразователи стоят несколько дороже;

–        выполнить остановку подачей на обмотки статора напряжения более низкой частоты или постоянного напряжения, тогда избыток запасенной кинетической энергии выделится в виде тепла через радиаторы преобразователя и сам двигатель (торможение двигателем);

–        выполнить остановку или торможение замыканием обмоток статора на сопротивление. Опять же, если речь идет о небольших мощностях (до 10кВт), то тормозное  сопротивление может быть встроенным.

В противном случае применяется узел торможения, состоящий из тормозного прерывателя, выполняющего функцию ключа и самого тормозного сопротивления, либо тормозное сопротивление подключается напрямую к частотному преобразователю и так называемый тормозной модуль является уже встроенным.

Целесообразность применения того или иного метода рассматривается в основном с точки зрения экономической выгоды. Так рекуперация в сеть более выгодна в плане экономии электроэнергии, привод с использованием тормозного сопротивления – более дешевое техническое решение, торможением двигателем вообще не требует дополнительных затрат, но в свою очередь возможно только при малых мощностях.

            Способы управления.

Некоторые механизмы должны управляться от задания, плавно изменяя обороты двигателя с вращением ручки потенциометра, а в некоторых случаях требуется работа на фиксированных скоростях.

Причем, и в том и другом случае может быть возможным управление как с самой панели ЧП, так и по аналоговым, цифровым входам с помощью кнопок, переключателей и потенциометров. При реализации последнего варианта необходимо убедиться в достаточном количестве требуемых входов.

Если управление преобразователем частоты происходит по сети, то необходимо наличие соответствующих интерфейса с протоколом передачи данных. Управление двигателем может проходить автоматически, для этого необходимо наличие ПИД-регулятора и возможность организовать обратную связь от датчика контролируемого параметра.

            Индикация параметров.

            Как правило, любой преобразователь имеет панель с дисплеем и необходимыми органами управления для проведения пуско-наладки и управления преобразователем. Как правило, этот же дисплей в процессе работы возможно использовать для отображения каких либо параметров.

Могут отличаться количеством строчек, а значит информативностью, типом самого дисплея(семи сегментный индикатор либо жидкокристаллический).

В случае невозможности во время работы наблюдать параметры на дисплее самого преобразователя используя аналоговые и дискретные(релейные, транзисторные) выходы можно вывести необходимую информацию на пульт.

Помимо индикации параметров (состояния «работа», «авария», «режим торможения», значение тока нагрузки, обороты двигателя, частота и напряжение питающей сети и др.) некоторые преобразователи имеют возможность формировать сигналы управления посредством тех же аналоговых и дискретных выходов, тем самым реализовывать более сложные системы управления.

Защитные функции.

            Кроме функций управления на преобразователь частоты обычно возлагаются функции защиты. Как правило, основным набором являются:

–        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;

Монтаж и установка преобразователя.

Немаловажным этапом является выбор предполагаемого места установки частотного преобразователя, а отсюда условий эксплуатации:

–        диапазон рабочих температур;

–        влажность;

–        высотность;

–        вибрации;

–        степень защиты IP;

Компактность в некоторых случаях является решающим фактором на этапе выбора.

Функциональные возможности частотного преобразователя.

Современные преобразователи частоты имеют множество функциональных возможностей. Перечислим часто встречающиеся по мере их важности.

Работа при нестабильном питании.Это актуальный параметр особенно для использовании в России. Отсюда вопрос: «каков допустимый диапазон питающего напряжения?». В таком случае хороший диапазон для современных преобразователей это 380–460 В с отклонением ±10%.

Следует уточнить каковы действия преобразователя при просадке или полном отключении питания на короткое или очень короткое время? Возможно ли сохранение работоспособности с пропорциональным изменением скорости, момента двигателя, автоматический перезапуск после восстановления питания, подхват работающего двигателя при повторном пуске после пропадания питания и т.д. Если имеющиеся функциональные возможности обеспечивают допустимый режим работы механизма с сохранением его работоспособного состояния, то можно считать, что вопрос о нестабильном питании для вас снят, в противном случае стоит либо решить вопрос с электроснабжением, либо задуматься о выборе другого преобразователя.

Исключение работы на резонансных частотах.Некоторые механизмы имеют собственные резонансные частоты при работе на которых наблюдается недопустимые вибрации, что может привести к поломке оборудования. В таких случаях функция исключения недопустимых частот в преобразователе позволит обезопасить механизм от его преждевременного выхода из строя.

Средства последовательной связи.Обычно требуется либо включить привод в систему автоматического управления, либо предусмотреть перспективу такого использования преобразователя в будущем. Для этого необходимо разобраться со стандартом и протоколом связи В настоящее время существует большое их разнообразие, позволяющее сделать работу в режиме САУ наиболее оптимальной.

Отличаться они могут удаленностью, количеством связываемых объектов и помехозащищенностью. Наиболее распространенный вариант это стандарт RS-485 и протокол Modbus, но для согласования работы в составе системы автоматического управления этот вопрос следует более подробнее уточнить и поставщика либо у производителя.

Автоматическая настройка.На сегодняшний день выбор преобразователей велик, но еще встречаются простейшие модели в которых не производится настройка под параметры двигателя, а точнее его обмотки. В более поздних моделях требуется вводить ряд дополнительных справочных данных двигателя.

Последние поколения преобразователей имеют возможность провести так называемый идентификационный пуск, при котором еще до пуска, либо уже у вращающегося двигателя параметры обмоток определяются автоматически.

Принцип управления.В наиболее распространенном частотно-регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное управление. При скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу.

То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление применимо для большинства практических случаев использования частотного электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения до 1:40. Векторное позволяет существенно увеличить диапазон управления до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – до сотых долей процента, точность по моменту – до единицы процента.

Так же отличительной особенностью векторного регулирования является возможность управлять моментом на частотах близких к нулю.

Возможность использования нескольких наборов параметров.Последнее поколение частотных преобразователей имеют функциональную возможность выбирать различные комбинации настроек для нескольких режимов работы одного и того же двигателя или для нескольких двигателей, имеющих различные технические параметры.

Выбор частотного преобразователя, как высокотехнологичного оборудования, сам по себе не прост и в конечном итоге сводится к экономической целесообразности приобретения и использования.

Совет

Отсюда, не стоит слишком завышать требования и тем самым переплачивать за неиспользуемые опции, и в тоже время отказываться от нужных в надежде сделать механизм, привод и систему в целом работоспособными.

Источник: https://www.12821-80.ru/articles/a2854

Выбор преобразователя частоты для привода переменного тока. Основные критерии

Правильный выбор ПЧ совместно с двигателем позволяет создать эффективный и долговечный привод для практически любого вида механизмов промышленного или бытового применения.

Большинство производителей ПЧ представляет технические характеристики своих изделий упорядоченно в виде нескольких функционально объединенных разделов:

• Энергетические и выходные характеристики;
• Характеристики источника питания ПЧ;
• Характеристики управления ПЧ;
• Характеристики защитных функций ПЧ;
• Характеристики размещения, транспортировки, хранения.

Описание процедуры подбора частотного преобразователя для конкретного применения имеет смысл представить в той же последовательности.

Выбор преобразователя частоты по энергетическим и внешним характеристикам

Подбор электродвигателя не входит в задачи данного обзора, поэтому будем считать, что проектант имеет исчерпывающую информацию о двигателе и свойствах нагрузки. Когда речь идет о мощности двигателя, подразумевается механическая мощность на валу. Для оценки потребляемой двигателем (входной) мощности, т. е. мощности нагрузки ПЧ, следует учитывать к.п.д.

(η) и коэффициент мощности (cos φ) двигателя. Момент на валу двигателя принято представлять двумя составляющими: статической и динамической. Первая – момент, расходуемый на преодоление сил сопротивления и трения в рабочем механизме. Вторая – момент, расходуемый на преодоление инерции маховых масс самого двигателя, присоединенной трансмиссии и рабочего механизма.

Существует довольно обширный класс промышленных механизмов, в которых момент на валу электродвигателя однозначно связан со скоростью вращения, а пуско-тормозные режимы составляют незначительную часть рабочего цикла.

К ним относятся центробежные насосы и вентиляторы, транспортеры, конвейеры, рольганги и т. п.

В этих случаях подобрать ПЧ можно по мощности двигателя: паспортная мощность ПЧ (Sпч) должна быть больше или равна мощности, потребляемой двигателем по цепи питания.

Sпч ≥ [k * Pдв] / [η * cos φ]

Здесь Pдв – паспортное значение мощности электродвигателя; k – коэффициент искажений кривой тока ПЧ, учитывающий ШИМ – модуляцию выходного напряжения.

Для преобразователей, предназначенных для работы в составе транспортеров и конвейеров характерна перегрузочная способность до 150%, а в приводах вентиляторов и насосов – до 120%. С учетом этого, в отдельных случаях можно выбирать преобразователь на ступень ниже по мощности.

Подход меняется в тех случаях, когда в нагрузке привода значительную роль играет динамическая составляющая.

Это характерно для механизмов с существенно непостоянным моментом инерции рабочей машины или когда режимы разгона, торможения и реверса повторяются часто или существенно ограничены по времени.

Из двух элементов привода – ПЧ и электродвигателя – второй существенно «крепче» в электротехническом отношении. В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, например, при прямом пуске ток может достигать величины, в 5…7 раз превышающей номинальный, а в отдельных случаях – до 12. Если при этом температура обмоток не превысит установленную, такой режим обходится без последствий.

Преобразователь частоты обладает гораздо более скромными возможностями из-за ограничений силовых полупроводниковых приборов. В большинстве моделей ПЧ предельная перегрузка допустима в диапазоне 120…200% по отношению к номинальному току. Поскольку ток двигателя напрямую определяет усилие на валу, то очевидно, что динамические возможности привода будут определяться токоограничением ПЧ.

В этих случаях, помимо выбора ПЧ по мощности, обязательна проверка преобразователя по предельному току при выполнении разгона максимальной интенсивности, или наоборот, возможность обеспечения времени разгона при предельном токе ПЧ.

Для случая постоянного ускорения можно воспользоваться известными соотношениями для действующего значения предельного тока (Iпр) и времени разгона (∆tр):

Iпр =[k*(Mст +Mдин)*∆n] / [9,55* η * cos φ*√3*Uл]

Mдин = [J*∆n] / [9,55*∆tр]

Здесь: ∆n – приращение скорости в течение переходного процесса (об/мин); Mст – статическая составляющая момента вала двигателя (обычно – паспортное значение номинального момента, н*м); Mдин – динамическая составляющая момента двигателя (н*м); Uл – линейное напряжение, подводимое к двигателю (действующее значение, В); J – суммарный момент инерции всего механизма и двигателя, приведенный к валу двигателя (н*м/сек²).

Если предельный ток Iпр превышает ток ограничения ПЧ, или время разгона ∆tр больше, чем требуемое, нужно выбирать преобразователь стоящий выше по шкале мощностей. Иногда производитель ПЧ указывает допустимое время разгона при предельно допустимом токе – до 60 сек.

Правильный выбор ПЧ невозможен без учета решений по режимам торможения. Выбор определяет не только модель ПЧ, но и стоимость. Применяются три основных метода:

• Рекуперативное торможение с отдачей энергии в питающую сеть. Наиболее выгодно с энергетической стороны, однако увеличиваются капитальные затраты. ПЧ, обладающие такой функцией, относительно дороги. Для прочих необходима установка дополнительных рекуперационных модулей, что так же влечет увеличение капитальных затрат. Окупаемость таких затрат реальна в приводах, работающих в режимах часто повторяющихся пусков, торможений и реверсов (например – электротранспорт);
• Динамическое торможение с разрядом энергии промежуточного звена преобразователя на дополнительное сопротивление. ПЧ этих моделей снабжаются встроенным модулем тормозного прерывателя. В приводах небольшой мощности встроенным может быть и тормозной резистор, однако, чаще всего это внешнее устройство, требующее так же дополнительных затрат.В двух этих случаях для оценки тока нагрузки ПЧ или времени движения могут использоваться приведенные выше соотношения. При этом должен быть изменен на противоположный знак статического момента Mст (а в некоторых случаях и его числовое значение).
• Торможение противовключением. Обмотка двигателя подключается к постоянному напряжению; возникающий магнитный поток способствует появлению тормозного усилия, при этом энергия рассеивается на обмотках двигателя и в источнике постоянного напряжения. Способ дешевый, но, ввиду значительного нагрева, применим только при очень небольших скоростях.

Учет характеристик сети питания при выборе преобразователя частоты

После согласования величин напряжения, количества фаз и частоты питающей сети, очень важно оценить реальные диапазоны колебаний этих характеристик в реальных условиях эксплуатации. Значительные динамические нагрузки ПЧ способствуют сильным колебаниям питающего напряжения.

Оценить это можно, зная реактивное сопротивление питающей сети или, хотя бы, частичного импеданса, вносимого питающим трансформатором и подводящими кабелями. Ситуация усугубляется в случаях, когда для ПЧ обязательно применение сетевого дросселя.

Падение напряжения питания ПЧ при максимальных нагрузках должно оставаться в допустимых пределах. В противном случае необходимо определить: позволяют ли функциональные возможности ПЧ сохранить работоспособность рабочего механизма при провале питающего напряжения.

Этот вопрос рассмотрен далее, в разделе выбора ПЧ по некоторым защитным функциям.

Выбор преобразователя частоты по характеристикам управления

Главный вопрос подбора ПЧ по этим критериям – выбор метода управления: скалярный или векторный. Это вплотную касается как реализации технологических требований к приводу, так и стоимости. Выбор определяется требуемым диапазоном и точностью регулирования частоты и характером нагрузки двигателя. Различают 4 метода управления:

• Скалярный метод: подходит для электроприводов с известной взаимозависимостью момента двигателя и частоты вращения. При этом диапазон регулирования должен быть невелик, минимальная частота 5…10 Гц.
• Скалярный метод управления с обратной связью по скорости. Применяется для точного поддержания и регулирования скорости механизма. И здесь необходимо знать точную взаимозависимость нагрузки и скорости.Обычно в режиме скалярного управления реализуется определенного вида соотношение U/f (питающее напряжение к частоте питающего напряжения). Этот метод лучше всего подходит для вентиляторов, центробежных насосов, транспортеров, конвейеров.
• Векторный метод управления. Применяется в случаях, когда взаимозависимость момента и скорости не известна, случайна или аналитически не выражается. Но при этом необходимо поддерживать заданное значение момента нагрузки при широком диапазоне регулирования скорости.
• Векторный метод управления с обратной связью по скорости. Применяется в механизмах со сложным характером нагрузки при необходимости поддерживать и момент, и скорость в широком диапазоне и с высокой точностью.Возможность реализации векторного метода управления подразумевает присутствие в составе ПЧ относительно мощного процессора, способного в течение нескольких десятков миллисекунд произвести полный пересчет всего вектора параметров привода. Это влияет на стоимость ПЧ. В качестве датчика скорости обычно применяется инкрементальный энкодер, не всегда присутствующий в базовой комплектации. При выборе ПЧ и метода управления должно быть учтено увеличение капитальных затрат, связанное с этими обстоятельствами.

Выбор преобразователя частоты по некоторым защитным функциям

Выпускаемые модели ПЧ обладают богатым набором защитных функций, незначительно отличающимся у отдельных моделей. Поэтому подбор ПЧ по защитным функциям важнее проводить с точки зрения наличия возможностей, обеспечивающих сохранение работоспособности привода в аварийном режиме. Необходимо установить, каковы действия преобразователя после срабатывания защитных функций:

• Каким образом будет тормозиться рабочий механизм после отключения преобразователя. Торможение «на выбеге» не всегда приемлемо по соображениям безопасности.
• Возможно ли сохранение работы привода с пропорциональным изменением скорости или автоматический перезапуск (например, при отключении сети питания), «подхват» вращающегося двигателя в установках, обладающих эффектом «ветряной мельницы», или двигающегося по инерции (при восстановлении питания) и т. п.

Если имеющиеся функциональные возможности обеспечивают сохранение работоспособности привода или даже обеспечивают приемлемый режим его работы, то можно считать, что вопрос выбора ПЧ по критериям защитных функций решен.

Учет факторов размещения при подборе преобразователей частоты

Место установки и эксплуатации ПЧ должно полностью удовлетворять паспортным требованиям по температурному диапазону, влажности, высоте положения, условиям вибрации и запыленности, степени защиты по IP. Однако есть один неочевидный момент, влияющий на выбор ПЧ при конкретных условиях размещения.

Существенным является расстояние удаленности преобразователя от электродвигателя. При превышении определенного расстояния, зависящего от модели ПЧ, типа кабеля, тока двигателя и др., необходима установка специального моторного дросселя. Появление этого элемента снижает эффективные характеристики привода.

В качестве альтернативы возможен переход к другой модели ПЧ.

Источник: https://RusAutomation.ru/stati/vybor-preobrazovatelya-chastoty-dlya-privoda-peremennogo-toka

Выбор преобразователя частоты

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 электродвигатель
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Подключение и настройка частотного преобразователя

Источник: https://tehprivod.ru/poleznaya-informatsiya/vybor-preobrazovatelya-chastoty/

Выбор частотного преобразователя

12.02.2019 01:48

Частотный преобразователь (регулируемый электропривод) обеспечивает две его основные и взаимосвязанные функции: управление технологическим процессом рабочей установки в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями и электромеханическое преобразование энергии с максимальной ее эффективностью.

Реализация этих функций требует особого подхода к выбору и эксплуатации регулируемого электропривода по сравнению с нерегулируемым.

  Исчезла согласованность проектных и наладочных организаций, их разобщенность стала приводить к повторным ошибкам, а опыт ввода в эксплуатацию электроприводов стал практически (по конъюнктурным соображениям) ограничен для других специалистов.

Обоснование мощности н типа электрических двигателей и частотных преобразователей

Регулирование технологических координат с высокой статической и динамической точностью требует от электропривода дополнительного запаса по его динамической мощности. Последняя должна выбираться с учетом его реальных нагрузочных диаграмм, включая и динамические составляющие моментов, связанные с изменением приведенного к валу электродвигателя момента инерции.

При модернизации электропривода, связанной с заменой одного типа привода на другой, следует учитывать и разницу в перегрузочных способностях по току, моменту и моментах инерции заменяемых электродвигателей.

Наиболее актуальны эти замечания для приводов, работающих в повторно-кратковременных режимах работы и на валу которых по технологии рабочей установки имеют место скачкообразные изменения нагрузок.Распространенной ошибкой является выбор мощности частотного преобразователя питающего электродвигатель по реальной эксплуатационной мощности этого же двигателя в разомкнутой системе управления.

Выбор частотных преобразователей на технологическую мощность привода, заметно меньшую номинальной установленной мощности электродвигателя, усугубляет и проблему автоматической идентификации значений его параметров и параметров регуляторов системы управления электроприводом с помощью встроенного в преобразователи их программного обеспечения.

При несовпадении предварительно установленных граничных значений параметров двигателя близкого по мощности преобразователю его программное обеспечение либо указывает на невозможность идентификации параметров электродвигателя и блокирует работу преобразователя совместно с двигателем, либо вносит заметные погрешности в свою математическую модель двигателя, на основе которой вычисляются режимы работы и ограничения переменных электропривода. В итоге динамические показатели и эксплуатационная надежность электропривода снижаются.При выборе частотных преобразователей, работающих в регулируемом электроприводе с высоко динамичными и повторно-кратковременными режимами, не редко игнорируется необходимость обеспечения рекуперации энергии со стороны электродвигателя в питающую сеть, либо на активную нагрузку. Такие преобразователи должны иметь либо двухсторонний обмен энергией между двигателем и питающей преобразователь сетью (ПЧ с непосредственной связью, на основе автономных инверторов тока, с блоком рекуперации на входе инвертора), либо иметь дополнительный резистор для сброса на него рекуперируемой энергии. Создание многодвигательного привода с единой шиной постоянного тока для питания инверторов ПЧ и установкой общего инвертора постоянного тока на неполную суммарную мощность привода способствует решению подобной проблемы. Понятно, что стоимость таких преобразователей возрастает, но технология работы установок и особенно требования их экстренного останова при аварийных режимах или опасности жизнедеятельности обслуживающего персонала вынуждает идти на дополнительные затраты.Регулирование скорости привода переменного тока отражается и на ухудшении условий охлаждения электродвигателей с самовентиляцией при уменьшении их скорости. Российская электротехническая промышленность, к сожалению, отстает от производства специальных машин переменного тока при их питании от управляемых ПЧ. В итоге это заставляет либо увеличивать установленную мощность двигателей, либо решать в экстренных ситуациях проблему их дополнительного охлаждения.Одна из особенностей питающих сетей крупных металлургических комбинатов России связана с тем, что их номинальное напряжение достигает 10 кВ. Это создает заметные трудности при замене нерегулируемого электропривода переменного тока на регулируемый, поскольку в отечественной промышленности отсутствует выпуск ПЧ с выходным напряжением до 10 кВ. Актуальность их создания весьма велика.

Для мощных технологических установок, где окружающая среда отличается повышенной влажностью или наличием токопроводящих Частиц, наметилась тенденция заказа со стороны эксплуатационного персонала низковольтного исполнения электропривода. Подобное решение способствует заметному снижению эксплуатационных затрат на его обслуживание при увеличении надежности и безопасности электрооборудования.

Согласование преобразователей частоты с питающей их сетью и электродвигателем

Возможность резких колебаний и искажений напряжения и тока питающей преобразователи сети из-за коммутационных режимов (включении и отключении питающего преобразователь трансформатора, коммутации вентилей и т.п.) заставляет принимать специальные защитные меры по ограничению их влияния на работу преобразователя и системы его управления.

К числу подобных мер относятся установка на входе преобразователя силовых токоограничивающих реакторов, защитных RC-цепей или варисторов. Актуальность обоснования и выбора их параметров сохраняется и до сих пор.

Особенно это проявляется при замене отечественных преобразователей на преобразователи иностранных фирм, когда сохраняются питающая сеть со всеми реальными для нее отклонениями напряжения и основные силовые элементы отечественного производства (трансформаторы, коммутационная аппаратура, электродвигатели) с параметрами (индуктивностью, емкостью, временем коммутации и т.п.

Наличие промежуточного повышающего трансформатора на выходе ПЧ для питания электродвигателя с более высоким напряжением на статоре, чем выходное напряжение преобразователя, создает ряд проблем, связанных с дополнительным нагревом этого трансформатора из-за высокочастотных составляющих выходного тока преобразователя, с первоначальным пуском двигателя и выбором начальной частоты и выходного напряжения преобразователя. Они усиливаются для технологических установок с активным моментом сил сопротивления и требующих по технологии применения структур векторного управления электроприводом.Внедрение ПЧ с широтно-импульсной модуляцией его выходного напряжения сопровождается усилением требований к состоянию изоляции силовых цепей элементов электропривода и возможности использования старых кабелей связи при реконструкции привода. Высокочастотные составляющие выходного напряжения преобразователей вынуждают устанавливать на их выходе либо дополнительные фильтры, либо ограничивать длину кабельных линий между преобразователем и двигателем для ограничения перенапряжений на силовых полупроводниковых ключах преобразователя. Заметно возросла и актуальность контроля изоляции силовых цепей электропривода с помощью специализированных устройств.Для привода ряда механизмов (насосов, компрессоров, дутьевых вентиляторов и т.п.) по технологическим и экономическим соображениям часто закладываются требования управляемого пуска асинхронного двигателя до его номинальной скорости с последующим подключением двигателя на питающую сеть, или обратно от сети к ПЧ для управляемого режима торможения. Такие переключения могут сопровождаться заметными и, часто недопустимыми, изменениями тока в силовой цепи питания и скорости двигателя. Особенно это сказывается при больших нагрузках и малых моментах инерции привода, Для подобных режимов работы электропривода используется способ переключения с “перекрытием”, когда асинхронный двигатель кратковременно подключается и к сети и к преобразователю частоты одновременно. При этом для достижения равенства частоты, амплитуды и синфазности выходного напряжения преобразователя с напряжением питающей сети в системе управления ПЧ должен предусматриваться специальный блок синхронизации, а для ограничения уравнительных токов между ПЧ и сетью устанавливаться разделительный дроссель.Для регулируемого электропривода подъемно-транспортных механизмов (кранов, слитковозов и т.п.) могут возникать проблемы, связанные с кратковременными прерываниями тока в силовых цепях подключения статорных обмоток асинхронного электродвигателя к выходу ПЧ посредством контактных проводов (троллеев) через скользящие токосъемники, При работе ПЧ со скалярной системой управления координатами электродвигателя подобное прерывание тока лишь в одной его фазе не приводит к аварийным режимам и останову привода. При длительном прерывании тока в одной фазе электродвигателя из-за асимметрии его напряжения питания увеличиваются потери в двигателе и, при нагрузке на его валу, уменьшается частота вращения. В итоге ПЧ будет отключен со стороны защиты двигателя по превышению его температуры. При работе ПЧ с векторной системой управления координатами электродвигателя кратковременное прерывание тока в одной из фаз вызывает аварийное отключение привода и его останов. Кратковременное двухфазное прерывание питания электродвигателя в скользящих токосъемниках приводит, как правило, к отключению преобразователя по его максимально-допустимому току при последующем восстановлении питания двигателя, Для подобных режимов необходимо в программное обеспечение системы управления преобразователем включать либо возможность его автоматического повторного включения или “самоподхвата”, при котором используется кинетическая энергия вращения ротора двигателя.

Наладка частотного преобразователя

Развитие микропроцессорных систем управления электропривода позволяет получать весьма качественные его показатели, однако их техническая реализация требует и более глубокой информации о реальных параметрах элементов электропривода.

К сожалению, в отечественных каталогах и паспортных данных на электрооборудование все реже можно найти данные по активным и реактивным сопротивлениям электрических обмоток двигателей, их тепловых постоянных времени, моментов инерции и т. п., т. е. по тем параметрам, которые должны вводиться в программное обеспечение системы управления электропривода.

Отсутствие численных значений ряда параметров силовой части электропривода, которые должны вводиться в математическую модель электродвигателя, заметно ограничивает качество настройки и надежность работы электропривода.

Поэтому во многих преобразователях предусмотрен режим идентификации этих параметров и автоматической настройки параметров регуляторов системы управления вводимого в эксплуатацию электропривода. Следует отметить, что настройка параметров регуляторов носит, как правило, “ориентировочный” характер, обеспечивая лишь устойчивость замкнутой системы регулирования выходных координат .

Затем, при необходимости увеличения динамических показателей электропривода, параметры регуляторов должны корректироваться более качественно уже наладочным персоналом.

Увеличению точности и стабильности систем управления электропривода; их эксплуатационной надежности и снижению затрат на обслуживание способствуют идеология анализа и синтеза цифровых систем по подобию аналоговых систем управления; возможность реализации на их основе не только структур подчиненного регулирования координат электропривода, но и иных технологически обусловленных структур, например с переключающимися обратными связями, с системами по принципу фаззи-логики, нейронными системами и т. п.Выбор структуры управления электропривода во многом определяет его конечные показатели регулирования. Для частотно-регулируемого асинхронного электропривода наиболее распространен скалярный принцип управления его координатами. Ему свойственна техническая простота измерения и регулирования переменных электродвигателя, а также возможность построения как замкнутых, так и разомкнутых систем управления его скоростью. Основной недостатком скалярного управления в трудности реализации желаемых законом регулирования момента и высоких динамических показателей регулирования координат электропривода, Поэтому для приводов, где по технологии требуется максимальное быстродействие при регулировании его координат и управление моментом электропривода, применяется векторное управление его координатами.

Наличие в программном обеспечении преобразователей стандартных функциональных модулей, позволяющих при наладке электропривода оперативно менять структуру и алгоритмы его управления в соответствии с возможными коррекциями технологических режимов его работы, способствует увеличению качества их настройки. На основе функциональных модулей могут быть реализованы и системы логического управления электроприводом, блокировок, защит и диагностирования работоспособности привода. При этом процедура построения и программирования функциональных модулей, представленных в цифровой форме преобразования сигналов, должна быть близка к широко понятной эксплуатационным персоналом аналоговой форме их реализации. Подобное решение имеет место для многих зарубежных преобразователей, где функциональные блоки объединяются между собой аналоговыми и логическими “соединителями”, кодируемыми численными номерами.

Обеспечение электромагнитной совместимости частотного преобразователя

Уменьшение мощности управления при резком увеличении динамических свойств элементов, роста мощности и числа дискретных преобразователей заметно обострили проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) элементов АЭП и АСУТП.

Проблема усугубляется и частым игнорированием ее специалистами, непосредственно отвечающими за функционирование АЭП и АСУТП — проектантами, конструкторами, службами электромонтажа, наладки и эксплуатации.

Распространенной ошибкой с позиций обеспечения ЭМС элементов АЭП в последнее время стало применение неэкранированных силовых кабелей между ПЧ и электродвигателем.

Обеспечения работоспособности электропривода связано и с необходимостью диагностирования его технического состояния в условиях промышленной эксплуатации АЭП.

Кроме общепринятых и программно реализованных в устройствах управления ПЧ систем диагностирования собственно электроприводов, для контроля внешних устройств управления электроприводом и технологических режимов его работы целесообразно сопровождать эти системы видеотерминальными устройствами наблюдения и записи контролируемых координат со встроенными в них дополнительными программами диагностирования. Так, для управления технологическими режимами и диагностирования технического состояния асинхронного частотно-регулируемого электропривода резиносмесителя MX-2 специалистами ОАО «Электропривод» и кафедры электропривода МЭИ была разработана и внедрена видеотерминальная станция, работающая в режиме реального времени и обеспечивающая регистрацию, визуализацию и архивацию основных координат электропривода, в том числе и в аварийных ситуациях.

Литература:

АЭП-2007

Источник: https://prom-electric.ru/articles/1/274/