Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбор Преобразователи частоты

Выбор Преобразователи частоты. Основы выбора и подбора частотники для электродвигателя

Все многообразие применения в современном производстве, строительстве, и жизнедеятельности человека электродвигателей сложно оценить. Количество самого распространённого — асинхронного двигателя доходит до 70-80 % от общего числа электроприводов в целом.

Асинхронный двигатель обладает рядом положительных сторон — простотой изготовления, относительной дешевизной, высокими эксплуатационными параметрами, при отсутствии необходимости в регулировании оборотов – «прямое включение в сеть» что в целом и дало такое широкое распространение данных двигателей.

Однако есть у асинхронного двигателя и ряд технических ограничений – малый пусковой момент, значительные пусковые токи (порядка 7In, до 12In при тяжелых условиях пуска), технические сложности с регулировкой скорости вращения.

Всех выше перечисленных «болезней» асинхронного привода возможно избежать, питая привод от частотного преобразователя. Современная номенклатура преобразователей перекрывает весь модельный ряд асинхронных двигателей (от 0,18 кВт до 630 кВт 0,4 кВ).

При этом выбор частотного преобразователя как, казалось бы, из простой задачи для проектировщика, может превратится в сложную практически неразрешимую задачу, если не учитывать ряд нюансов на этапе выбора частотного преобразователя.

Идеальным вариантом выбора преобразователя является применение специализированного софта (аналог ПО SIEMENS «SIZER») Данный софт сводит к минимуму ошибки при выборе ЧП, при этом проектант должен обладать огромной базой знаний, и целым списком параметров работы каждого конкретного привода от Заказчика (что в ряде случаев сам Заказчик дать не может).

Поэтому перед инженером или проектантом стоит задача, решение которой в целом ложится на его плечи, и процент неточности (погрешности) можно свести к минимуму, зная базовые характеристики привода.

Ставя перед собой задачу выбора частотного преобразователя первым делом нужно определится с конкретной задачей, для которой будет предназначен данный привод (вентиляция, компрессор, подъемно-крановое хозяйство, мешалки, дробилки и т.д.) Зная тип нагрузки можно условно определить «легкий» или «тяжелый» пуск у данного двигателя. (условно «легкий» или «нормальный» пуск – пуск до 3 сек, и ограничение тока до200% In, «тяжелый» и «особо тяжелый» пуск – пуск от 20 до 40 сек, и ограничение тока на время запуска до 350% от In) Зная данный параметр можно определить необходимость перегрузочной способности по току у частотного преобразователя, которая как правило, достигает 150% и дается на 60 сек и 3-5 сек, достигая величины 200 %

Исходя из мощности электропривода для начала можно косвенно определить номинальную мощность необходимого частотного преобразователя (мощность преобразователя должна быть равна, а в некоторых случаях и на ступень выше мощности самого привода). Основным критерием при выборе преобразователя является ток потребляемый двигателем. По международным правилам мощность, указанная на шильдике двигателя – эта паспортная мощность, развиваемая двигателем на валу, а не электрическая мощность, потребляемая из сети.

Необходимо обращать внимание на КПД самого двигателя его соs φ. Потребляемая суммарная мощность будет всегда выше мощности на валу, за счет потерь, и суммы потребления активной и реактивной энергий.

При подборе преобразователя возможен случай когда по мощности подбор возможен, а по току параметр не проходит, допускается выбор частотного преобразователя на ступень выше. Выбор преобразователя на несколько порядков выше чреват случаем, когда двигатель выйдет на рабочий режим, но защиты по току не будут обеспеченны, так как для более мощного преобразователя слаботочная нагрузка не будет индикатором перегрузки, заклинивая, холостого хода и т.д. Для двигателей мощностью от 0,18 до 3 кВт включительно, возможно выбрать одно или трехфазный частотный преобразователь по питанию от сети.

Особо следует уделять внимание на необходимость поддержания постоянного момента, или точности позиционирования (важно в краново – лифтовом хозяйстве) поддержание постоянного момента на низких скоростях (начиная с 0 и до 5-7 Гц) И тут на первый план выходит метод работы (управления) частотного преобразователя – векторный или скалярный. Практически все насосы, вентиляторы компрессоры не требуют особо точного поддержания момента (более важна частота вращения двигателя) нет необходимости поддерживать постоянные обороты на низких частотах (порядка 10-15Гц) Для всех этих задач подойдут частотные преобразователи скалярного метода регулирования.

Читать еще:  Hyundai ix35 дизель сколько масла в двигателе

Для более точного позиционирования, поддержания постоянного момента, или заданной скорости, с возможностью подключения энкодеров и т.д. необходимо выбирать преобразователи со скалярным принципом управления.

Выбор дополнительных аксессуаров так же требует внимательного и всестороннего изучения. Ряд опций не включается в базовую поставку преобразователя дабы не увеличивать без надобности стоимость преобразователя.

Такие опции как тормозной модуль заказывают только при необходимости быстрой остановки больших маховых масс, модуль подключения к промышленным сетям (PROFIBUS, MODBUS, Profinet, EtherNet, CAN и т.д.) Наличие установленной или выносной панели управления (базовой или с расширенным функциями), плата расширения входов-выходов (как цифровых, так и дискретных)

Все перечисленное позволит инженеру или проектанту зная минимальный набор исходных данных, при выборе частотного преобразователя свети к минимуму возможные неточности, и правильно подобрать преобразователь с необходимыми функциональными опциями для реализации всех запросов Заказчика.

ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Хотя еще рано сбрасывать со счетов электропривод постоянного тока, в промышленности и бытовой сфере в практически любых технических системах используется сочетание асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Несмотря на очевидные преимущества асинхронного двигателя перед двигателем постоянного тока, его слабой стороной являлась сложность регулирования скорости вращения. В настоящее время данная проблема устранена благодаря современным частотным преобразователям.

ЧТО ТАКОЕ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОРАЗОВАТЕЛЬ

Говоря простым языком — частотный преобразователь – устройство для управления асинхронным двигателем. Возможно регулирование скорости вращения и другими методами — установкой вариатора, редуктора, муфты, но это не позволяет менять скорость в широком диапазоне, усложнят монтаж и не является энергосберегающим решением.

ЗАЧЕМ НУЖЕН ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Частотный преобразователь в случае асинхронных электродвигателей самых различных агрегатах как промышленного, так и потребительского назначения используется для оптимизации управления двигателем, приводящей в итоге к экономии электроэнергии, увеличению срока службы устройства. Использование частотных преобразователей позволяет произвести эффективную, простую и надёжную автоматизацию процесса управления оборудованием.

Основные задачи, которые решает преобразователь частоты, кроме увеличения/уменьшения скорости вращения это:

  • Плавный пуск и плавный останов двигателя, что позволяет избежать высоких механических нагрузок на оборудование.
  • Уменьшение затрат электроэнергии, что актуально не только для больших промышленных предприятий, но при бытовом использовании в составе насосной станции на даче, например.
  • Защита от перегрузки двигателя, что продлевает срок его эксплуатации.
  • Сохранение высокого крутящего момента на низких оборотах, что очень важно при тяжелом пуске (например, в составе оборудования дробилок для щебня)

И как говорилось выше, всё, что связано с управлением скоростью вращения – изменяемое или адаптивное вращение (пример: линии конвейера, где вращение может быть задано с непостоянной скоростью). Высокая точность вращения – что важно при использовании на различных обрабатывающих станках.

УСТРОЙСТВО ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Как на заре появления транзисторных радиоприёмников в народе их стали называть просто “транзисторами”, по названию основного электронного компонента этих устройств, так и название “частотный преобразователь” нельзя считать совсем точным.

На самом деле мы рассматриваем устройство, состоящее из выпрямительного модуля, преобразующего переменный ток на входе в постоянный, и модуля преобразователя частоты, преобразующего полученный на выходе выпрямительного модуля постоянный ток в переменный заданной частоты и амплитуды, возможно ШИМ-модулированный.

Само же это устройство в целом является одним из компонентов электропривода.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В зависимости от технических деталей принципа управления, частотные преобразователи условно подразделяются на “векторные” и “скалярные”. Первые отличаются в основном более стабильным поддержанием момента вращения двигателя в широком диапазоне частот (числа оборотов).

Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также тех, для которых важно поддерживать скорость вращения. 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 группы:

  • Управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей)
  • Управление по вектору напряжения. Основано на том, что напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой.
Читать еще:  Что такое регулятор частоты вращения двигателя

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.

Собственно детали методов управления являются весьма сложными, а сами методы постоянно совершенствуются. Важным моментом при выборе частотного преобразователя является знание потенциальным потребителем минимальных требований, которые налагает объект управления (вентилятор, насос, конвейер и т.д.). Это позволит с одной стороны не переплачивать за преобразователь с ненужными свойствами, а с другой – не оказаться в ситуации, когда привод, скомпонованный из частотника и асинхронного двигателя, не обеспечивает должное функционирование объекта управления.

ВИДЫ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЛЕЙ

Помимо определения способа управления, который определяется техническими требованиями оборудования и стоимостью частотного преобразователя, необходимо знать мощность и тип подключения к двигателю, то есть количество фаз на входе и выходе.

Частотные преобразователи

  • Отображение каталога:

Частотный преобразователь еще называют частотно-регулируемым электроприводом, или частотником. Статическое преобразовательное устройство меняет скорость вращения асинхронных электрических двигателей переменного тока.

Принцип работы частотника

Частотный преобразователь изменяет частоту и уровень напряжения питания мотора. Это позволяет регулировать параметры вращения электрического асинхронного двигателя. Все частотники имеют значительный КПД — около 98%. Частно-регулируемый электропривод использует для работы только активную составляющую тока нагрузки из сети. Микропроцессорная система управления позволяет с высокой точностью контролировать работу электродвигателя. Устройство помогает регулировать все основные параметры работы мотора. Использование частотников снижает риск аварий и внештатных ситуаций.

Частотники используют на различных промышленных объектах. Особенно выгодна установка частотных преобразователей в системах транспортировки жидкостей. Раньше для контроля за производительностью работы таких объектов использовали задвижки или регулирующие клапаны. Современная альтернатива — монтаж частотно-регулируемого электропривода. Частотник будет регулировать производительность асинхронного двигателя, который обеспечивает работу колеса насосного агрегата или вентилятора.

Конструкция

Частотные преобразователи состоят из:

  • выпрямителя — мост постоянного тока, предназначенный для преобразования переменного тока промышленной частоты в постоянный;
  • инвертора — преобразователь постоянного тока в переменный с необходимой частотой и амплитудой;
  • входных тиристоров (GTO) или транзисторов (IGBT) — питающие устройства, обеспечивающие необходимый для работы электродвигателя ток.

Чтобы улучшить форму выходного напряжения, между инвертором и мотором иногда монтируют дроссель. Уменьшить электромагнитные помехи помогает EMC-фильтр.

Алгоритмы управления частотным преобразователем

Для контроля за работой частотников может быть выбран один из следующих алгоритмов управления.

Частотный. Этот алгоритм рекомендуют использовать, если известна зависимость момента нагрузки двигателя, и этот показатель остается практически неизменным при одинаковой частоте. Для частотного управления нижняя граница регулирования частоты должна быть не меньше 5-10 Гц при независимом от частоты моменте. Стандартные нагрузки с моментом, зависимым от скорости вращения, — работа на центробежный насос или вентилятор. Диапазон регулирования частоты в этом случае может составить от 5 до 50 Гц и выше.

Частотный с обратной связью по скорости. Подходит для прецизионного регулирования, если известна зависимость момента от скорости вращения. Для управления преобразователем по такому алгоритму нужно использовать инкрементальный энкодер.

Векторный. Этот алгоритм управления частотниками выбирают, если во время работы нагрузка на одинаковой частоте меняется, а прямой связи между моментом нагрузки и скоростью вращения нет.

Векторный алгоритм также используют, если нужно получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах. Например, 0-50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150–200% от номинального момента. Для реализации векторного метода необходимо в режиме реального времени проводить сложные вычисления. Процессор частотного преобразователя выполняет их автоматически на основании данных о выходном токе, частоте и напряжении, а также паспортных характеристик электродвигателя, которые вводит пользователь.

Частотный преобразователь реагирует на изменение выходного тока (момента нагрузки) со скоростью 50-200 мсек. Векторный алгоритм уменьшает реактивный ток двигателя при снижении нагрузки с помощью одновременного уменьшения напряжения на электродвигателе. Если нагрузка на валу возрастает, частотник увеличивает напряжение на двигателе до оптимальных показателей.

Векторный с обратной связью по скорости. Метод подходит для прецизионного регулирования скорости вращения, если при работе нагрузка меняется при неизменных показателях частоты. Этот алгоритм управления частотниками также используют, если нужен максимальный диапазон регулирования частоты. Для такого метода управления необходим инкрементальный энкодер.

Читать еще:  Что такое двигатель внутреннего сгорания определение

Векторные преобразователи частоты ОВЕН ПЧВ с функцией автоматической оптимизации энергопотребления предназначены для управления частотой вращения асинхронных двигателей в составе приводов промышленных установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Реальное снижение энергопотребления при использовании ОВЕН ПЧВ может достигать 35 %.

Применение преобразователей частоты в подъемно-транспортном оборудовании (ПТО)

В подъемно-транспортном оборудовании (все виды кранов, тельферы, кран-балки) для перемещения устройства захвата, подъема и опускания грузов используются несколько типов электродвигателей. Это двигатели с фазным ротором, двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Рассмотрим особенности использования всех выше перечисленных двигателей в различных механизмах кранов.

В моторах с фазным ротором используется реостатный пуск. За счет наличия сопротивления в цепи ротора пусковые токи имеют небольшие значения. Разгон двигателей происходит с помощью специального реле времени. Недостатками такого типа двигателей являются отсутствие возможности плавной регулировки скорости, большие габариты, значительное тепловыделение резисторов, большое количество контактной аппаратуры, которая со временем требует обслуживания.

Двигатели постоянного тока используются в тех случаях, когда нужен плавный подъем груза и точное регулирование скорости вращения вала мотора. В этом случае скорость регулируется с помощью тиристорного преобразователя. Общие недостатки двигателя этого типа – большая масса и стоимость самого мотора, сложность конструкции, необходимость в регулярном обслуживании щеточного узла мотора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют много достоинств, в частности к ним относятся надежность в эксплуатации, простота конструкции и отсутствие необходимости регулярного обслуживания. Общим недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи, которые в 6-7 раз превышают номинальные.

Внедрение преобразователей частоты (ПЧ) для питания и управления асинхроннымидвигателями с короткозамкнутым ротором позволяет более эффективно регулировать скорость вращения электродвигателей, значительно снизить их пусковые токи и потребление электроэнергии. Эти особенности привели к постепенному вытеснению из использования двигателей постоянного тока и двигателей с фазным ротором в качестве приводов в подъемно-транспортном оборудовании и их замене на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, управляемые преобразователем частоты. Применение частотных преобразователей в механизмах кранов позволяет регулировать скорость подъема груза, перемещения самого крана или тележки в процессе работы, улучшает эксплуатационные характеристики кранов, снижает затраты и упрощает техническую эксплуатацию оборудования.

Преобразователи частоты, применяемые в крановом оборудовании, должны обеспечивать динамичную работу привода и поддерживать требуемый момент на валу двигателя даже при низких частотах вращения. Так как все электродвигатели монтируются непосредственно на конструкциях кранов, подверженных вибрациям, частотные преобразователи должны быть виброустойчивы. Кроме того, ПЧ должны иметь высокую перегрузочную способность, возможность работы в широком диапазоне температур. Всем эти требованиям соответствуют векторные преобразователи частоты ERMAN, их использования для управления приводами в подъемно-транспортном оборудовании позволяет решать следующие характерные задачи.

    Организация простой системы управления приводами.

Для управления преобразователем частоты используются стандартные аналоговые и дискретные сигналы, а также последовательный интерфейс RS485 с типовым протоколом информационного обмена MODBUS, используя который все ПЧ можно объединить в одну сеть.

Плавное увеличение, уменьшение и программируемое изменение скорости механизмов крана.

Алгоритм разгона, торможения и программируемого изменения скорости прописывается в самих частотных преобразователях исходя из технологических требований. Это позволяет значительно снизить ударные и механические нагрузки на конструкцию крана.

Управление электромеханическим тормозом.

ПЧ управляет электромеханическим тормозом двигателя и другим сопряженным оборудованием посредством дискретных и релейных выходов Преобразователи частоты ERMAN для кранового и подъемно-транспортного оборудования зарекомендовали себя самым наилучшим образом. На все частотные преобразователи ERMAN предоставляется гарантия 18 месяцев, при этом мы осуществляем сервисную и техническую поддержку наших клиентов в течение всего срока эксплуатации выпускаемой нами продукции.

Для подбора преобразователя частоты для вашего ПТО заполните форму «Получить коммерческое предложение».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector