Применение частотных преобразователей для решения задач по повышению эффективности и экономичности производственных процессов
Технологии частотно-регулируемого привода (ЧРП), также называемые частотными инверторами, частотными преобразователями или в просторечие частотниками, используются для управления многими электродвигателями и автоматизированной робототехникой в разных сферах промышленности, от производственных и перерабатывающих заводов до складов и других объектов логистики. Для ряда крупных компаний и OEM-производителей оборудования, ЧРП помогают достичь необходимых результатов в контроле и управлении электроприводом
Преобразователи частоты — это универсальный вариант, который может помочь оптимизировать производительность, сэкономить электроэнергию и навсегда снизить затраты на обслуживание электродвигателей и роботов, независимо от того используются ли они при погрузочно-разгрузочных работах, в станках или в насосах и вентиляторах.
В ряде моделей ЧРП доступны с трехфазным питанием и номинальным напряжением 220 В, 380 В или 690 В.
Выбор привода для механизма зависит от типа двигателя, его напряжения, номинального тока, источника входного сигнала и требований ввода / вывода. А также зависит от ряда факторов, связанных с рабочим(приводным) механизмом, включая его номинальную мощность при полной нагрузке и максимальное напряжение при полной нагрузке.
Изменяя частоту и напряжение, подаваемое на электродвигатель, частотно-регулируемые приводы в своих основных задачах позволяют операторам подбирать скорость вращения двигателя в соответствии с требованиями нагрузки, приводить в движение двигатели с наиболее эффективной скоростью для конкретного случая и снижать потребление электроэнергии. Учитывая, что электродвигатели потребляют более 65% всей электроэнергии используемой в промышленности, ежедневный вклад ЧРП нельзя недооценивать.
Тем не менее, более сложные или необычные применения для частотных преобразователей, которые раскрывают целый ряд потенциальных возможностей, доступны творческим OEM-производителям и конечным потребителям. Новые способы использования технологии ЧРП могут помочь в решении конкретных задач управления скоростью и перемещением или сделать их более экономичными и прибыльными. Вот шесть реальных примеров использования передовых решений управления двигателями с помощью частотно-регулируемых приводов:
Конвейеры с изменяющимися нагрузками
От аэропортов до заводов конвейеры с изменяющимися нагрузками являются хронической проблемой и значительным расходом энергетических ресурсов. Конвейеры, работающие вхолостую, не нуждаются в работе на полную мощность, но всегда должны быть готовыми к тому, что в какой-то момент на нем появится груз, и от этого изменятся требования к двигателю.
Конвейеры с изменяющейся нагрузкой можно оборудовать преобразователями частоты, чтобы значительно снизить энергопотребление. Инверторы частоты чувствуют небольшие изменения и регулируют коэффициент мощности двигателя для эффективной работы даже при низких циклах нагрузки. Этот вид «эконом-режима» минимизирует количество потребляемой мощности, когда этого не требуется, и позволяет двигателю включаться на полную и работать с максимальной производительностью при добавлении более тяжелой нагрузки.
В зависимости от конкретного случая использования OEM-производителям приходится выбирать между централизованной реализацией, где все управление идет через центральный шкаф управления, или децентрализованной реализацией, где питание цепей управления идет непосредственно на каждый двигатель. Частотные преобразователи, встроенные прямо в двигатель или закрепленные на нем, обладают преимуществами экономии места и более эффективно управляют моментом.
На крупных заводах или в распределенных автоматизированных системах децентрализованные ЧРП сокращают время монтажа, и исключают затраты (как материальные, так и трудовые), необходимые для прокладки кабелей обратно в шкаф управления. Кроме того, проще, безопаснее и наиболее экономически эффективно отключать питание как можно ближе к двигателю.
Упрощение работы логистических центров
Преобразователи частоты способны решать достаточно сложные задачи управления, но также с их помощью можно создавать более простые системы. Инверторы частоты, которые поддерживают функцию Master-Slave (ведущий-ведомый), могут значительно уменьшить количество различных комбинаций мотор-редукторов в задачах, связанных с логистикой, благодаря возможности изменять скорости двигателя.
В случае большого склада, где все конвейеры соединены в большую сеть, необходимо поддерживать разные скорости конвейера на разных его секциях. Исторически это означало множество редукторов, установленных на различных участках системы с уникальным соотношением мощности, чтобы каждая секция конвейера работала с правильной скоростью. В результате используется много разных передаточных чисел для обеспечения одинаковых требований к мощности.
Вместо того, чтобы использовать 20 различных редукторов в такой ситуации, достаточно четырех или пяти комбинаций инвертор-двигатель. Скорость вращения электродвигателя настраивается, позволяя операторам оптимизировать каждую комбинацию, а не полагаться на однофазные контакторы с односкоростным двигателем.
Использование асинхронных двигателей на более низких или высоких частотах
Обычные асинхронные двигатели рассчитаны на работу от сети с частотой 50 Гц, но это не обязательно самый оптимальный вариант. С помощью частотно-регулируемых приводов OEM-производители могут спроектировать систему с частотой до 20 Гц, например, для намотки нитей в текстильной промышленности, или с частотой до 100–3200 Гц для повышения удельной мощности двигателя.
Другими словами, поскольку мощность — это скорость, умноженная на крутящий момент, производители могут проектировать двигатели меньшего номинала, но с той же полезной мощностью, что и у традиционного асинхронного двигателя. Эти высокочастотные двигатели в среднем на два размера меньше, чем их аналоги с частотой 50/60 Гц, но имеют одинаковую мощность. Кроме того, уменьшая инерцию в двигателе с помощью ЧРП, повышаются динамические возможности системы.
Использование асинхронных двигателей в режиме сервопривода
Сервоуправление требует высокой скорости и точности положения вала, поэтому синхронные двигатели являются предпочтительней для выполнения серво-функций. Но из-за своей конструкции они дороже чем асинхронные.
При построении правильной обратной связи асинхронные двигатели с инверторным управлением могут работать в режиме сервопривода, предлагая менее дорогую альтернативу традиционному сервомотору с синхронным двигателем. Хотя ЧРП чаще всего используются для управления скоростью в разомкнутом контуре и не считаются сверхточными, но они в достаточной степени способны контролировать положение ротора двигателя для многих задач сервоприводов.
Коэффициент мощности данного решения не так хорош, и двигатель будет немного больше, поэтому важно тщательно учитывать потребности системы, размер двигателя и его возможности. Например, асинхронный серводвигатель с ЧРП не может ускоряться так же быстро, как синхронный двигатель, но действительно ли это требуется в вашем случае?
Хоть такое решение и может быть с немного худшими динамическими свойствами, однако существенная денежная экономия может обеспечить значительное преимущество на рынке.
Запуск синхронных двигателей без обязательной обратной связи
Синхронные электродвигатели являются одними из наиболее эффективных на электротехническом рынке, но традиционно им требуется обратная связь для отслеживания положения вала ротора и правильной коммутации двигателя.
Технология ЧРП может запускать синхронные двигатели без обратной связи и при этом достигать точности позиционирования в пределах 5 градусов. При использовании преобразователей частоты положения полюсов рассчитываются, когда двигатель находится в остановленном положении, и затем двигатель можно переключать для корректного управления.
Позиционирование без обратной связи позволяет обойтись без дополнительных кабелей от датчиков (энкодеров).
Уменьшение габаритных размеров и количества кабеля
Одной из самых простых, но при этом самых игнорируемых причин использования ЧРП является экономия места. Установка частотного преобразователя непосредственно на сам электродвигатель позволяет уменьшить шкаф управления и уменьшить количество кабеля
Вместо того, чтобы прокладывать все кабели обратно к центральному шкафу управления, инженеры могут создать децентрализованную систему, которая опирается на двигатели с индивидуальным приводом, причем кабели управления проходят только от основного блока управления, устанавливаемого на двигатель, к различным частям оборудования.
