Содержание
В современном производстве и инженерных системах управление электродвигателем (ЭД) является важной составляющей в процессах работы установок и промоборудования.
В данной публикации рассмотрены основные аспекты, которые следует учитывать при выборе преобразователя частоты (ПЧ).
Данные рекомендации в текущих реалиях являются актуальными, поскольку сейчас регулярно приходится менять вышедшие из строя иностранное оборудование на наши отечественные бренды.
Причем, замена на аналоги в большинстве случаев обоснована, поскольку по технике отличия минимальные.
Как сформировать задачу по выбору ПЧ
Как в любом деле необходимо понимать для чего необходимо применение ПЧ в системе для проектируемого решения.
Для уже действующих систем то же следует учитывать аналогичные аспекты применения привода.
При выборе оборудования необходимо ответить на следующие вопросы:
- Какие действительные характеристики электродвигателя?
- В каком режиме должен работать электродвигатель?
- Каким образом будет производится управление частотным преобразователем?
- Какое дополнительно оборудование может понадобится для корректной работы привода?
Важные характеристики электродвигателя
Как известно приводная техника всегда выбирается от характеристик ЭД.
Ключевыми техническими характеристиками электродвигателя являются:
- Мощность – кВт.
- Рабочее напряжение – В.
- Токовые характеристики — А.
- Способность работы с преобразователем частоты.
Основные параметры двигателя представлены на электротехнической табличке или в паспорте на него.
В зависимости от количества полюсов и других параметров ЭД ток может различаться на 30 и даже 50% при одинаковой мощности.
Рабочее напряжение двигателя различается, а именно:
- 220 В.
- 380 В.
- 660 В.
Всегда есть мощность в электротехнике, это важная составляющая для любого оборудования.
Только нельзя выбирать привод исходя из мощности и напряжения, поскольку важной характеристикой является сила тока.
Поскольку ток ЭД должен быть меньше максимального тока ПЧ в том режиме, в котором он будет использоваться в G «тяжёлый» или P «лёгкий».
В практике электродвигатели для инженерных систем используют разные по фазировке:
- 1-о фазные.
- 3-х фазные.
В связи с чем и преобразовали частоты существуют одно и трехфазными.
Следует учитывать количество фаз на входе и выходе из частотного преобразователя.
Данный момент указывается в руководствах по эксплуатации или в технических каталогах оборудования.
Пример схемы подключения из РЭ приведено на рисунке 1:
Из данной схемы видно следующее:
- На входе 220 В одна фаза или 380 В трехфазное.
- На выходе только три фазы на 220 В или 380 В.
Поэтому когда смотрите на каком либо ресурсе и там указано, что оборудование на 220 В не всегда это бывает однофазный ПЧ.
Для этих целей производители делают специальные сравнительные таблицы для актуализации линеек совей продукции, из них видны основные параметры определенной линейки продукции.
Пример сетки линеек оборудования от INNOVERT приведен на рисунке 2:
Как видно из таблицы есть серии реально однофазных частотных преобразователей, но в основном они идут номиналом до 2.2 кВт.
Всегда следует сопоставлять для ПЧ следующие моменты:
- Количество фаз на входе привода должно соответствовать фазам питающей сети.
- Количество фаз на выходе привода должно соответствовать фазам электродвигателя.
Для этого важно при выборе преобразователя учитывать указанные параметры и нюансы.
Режимы работы электродвигателя в установке
С основными параметрами ЭД определились, сейчас нужно определить в каких режимах будет происходить эксплуатация оборудования.
В зависимости от особенностей установок различают три режима работы:
- Легкий.
- Тяжелый.
- Особо тяжелый.
Рассмотрим данные условия эксплуатации электродвигателя, а следовательно на выбор частотного преобразователя это на прямую влияет.
Лёгкий режим работы оборудования:
- Запуск и останов ЭД происходит реже, чем раз 10-60 минут.
- В каталогах данный режим обозначатся «P», что соответствует нагрузке с переменным моментом.
- Переменный момент означает, что при низкой скорости вращения момент минимальный, и он растёт по мере увеличения скорости, поэтому при разгоне электродвигатель борется только с инерцией механизма и эта инерция минимальна.
Примеры агрегатов с легким режимом работы:
- Вентиляторы.
- Насосы.
В этом случае можно выбрать преобразователь частоты по следующим параметрам:
- P-режим.
- Сила тока по режиму P.
- Мощность по режиму P.
Отсюда встречаются термины:
- «Вентиляторная/насосная нагрузка».
- «Вентиляторная серия ПЧ».
Тяжёлый режим работы электродвигателя:
- Относят вентиляторы и насосы с частыми пусками и остановами.
- В каталогах обозначается «G», и он соответствует нагрузке с постоянным моментом.
- Постоянный момент, означает, что при низкой скорости вращения момент сразу становится близким к номинальному, при разгоне такой нагрузки к рабочему моменту добавляется момент на ускорение.
Примеры агрегатов с легким режимом работы:
- Станки.
- Конвейеры.
- Компрессоры.
- Тягодутьевые машины.
- Подъёмные механизмы.
- Вентиляторы с тяжёлым ротором.
Тяжёлый режим в некоторых источниках указывается как «общепромышленный».
Для тяжелого режима можно выбрать ПЧ по следующим параметрам:
- G-режим.
- Сила тока по режиму G.
- Мощность по режиму G.
Особо тяжелый режим работы электродвигателя:
- Соответствует нагрузке с тяжёлым стартом, например из-за трения покоя.
- Для того чтобы «стронуть» нагрузку нужно превышение момента в 2 и более раза.
- К этому режиму можно отнести работу с тяжёлыми нагрузками в сочетании с частыми (в среднем чаще, чем раз в 10 минут) ускорениями или пусками.
Примеры механизмов с особо тяжелым режимом работы:
- Дробилки.
- Мельницы.
- Некоторые подъёмные механизмы.
- Тяжёлые и протяженные конвейеры.
Для особо тяжелого режима можно выбрать частотный преобразователь по следующим параметрам:
- G-режим.
- Сила тока по режиму G на ступень выше.
- Мощность по режиму G на ступень выше.
Производители приводной техники в своих каталогах и руководствах указывают данный важный параметр работы оборудования.
Пример таблицы с режимными параметрами эксплуатации приведена на рисунке 3:
Следует учитывать при выборе ПЧ:
- Привод может быть больше на 25% или 100% по мощности от номинала ЭД и спокойно работать.
- В некоторых случаях можно установить частотник на 2 и 3 ступени выше, но при этом габариты ПЧ будут большими.
В любом случае в зависимости от механизма если будет запас по номиналу привода, это положительно скажется на работе установки.
Варианты управления частотным преобразователем
Для корректной работы преобразователя частоты в установке следует учитывать способ управления.
В современных отечественных ПЧ по умолчанию реализовано следующее:
- Наличие от 4 до 6 и более дискретных входов.
- Наличие 1 или 2 аналоговых входа.
- Наличие полевой шины.
В настройках есть возможности включения встроенного ПИД регулятора, ступенчатых скоростей и десятки других режимов.
Этого достаточно для подавляющего большинства применений в производстве.
Следует обращать внимание количество входов и выходов управления, а именно:
- Дискретных.
- Аналоговых.
- Релейных.
Данную информацию можно взять из руководств или сравнительных таблиц линеек как на рисунке 2.
Некоторые ПЧ позволяют установить платы с дополнительными входами и выходами, например FCI.
Дополнительный способ управления частотным преобразователем является полевая шина.
Разновидность полевых шин:
- ModBus RTU – самая распространенная полевая шина, которая есть в большинстве приводов.
- Profibus — данная шина разработана изначально компанией Siemens поэтому она есть не во всех ПЧ, и получила распространение в иностранных приводах.
- Profinet — это более современная шина от Siemens широкое распространите получила в современных системах АСУ ТП.
- CAN – применяется для станков в машиностроении.
- EtherCat и другие шины – являются специализированными и мало распространенными.
Особенность полевых шин, это разные адреса и назначение регистров.
Поэтому не удаётся напрямую заменить ПЧ одной линейки на оборудование другой линейки, даже если у них одинаковая полевая шина.
В данном случае тогда, приходится изменять настройки привода или программу внешнего управляющего контроллера ПЛК.
Периферия и дополнительное оборудование для частотного преобразователя
Дополнительное оборудование оказывает существенное влияние на работу преобразователя частоты и смежных устройств.
На рисунке 4 показана компоновка устройств, которые могу входить в решение по управлению электродвигателем:
Для наглядности назначение периферийных устройств показана на рисунке 5:
Более подробно по данному вопросу было написано в публикации [1].
В случае, если предполагается замедление двигателя быстрее, чем он мог бы остановиться самовыбегом необходимо наличие тормозного модуля и тормозного резистора.
Тормозные модули необходимы для работы следующего оборудования:
- Станков.
- Центрифуг.
- Подъёмных устройств.
- Некоторых конвейеров.
Есть модификации ПЧ со встроенным тормозным модулем до определенного номинала, данную информацию можно найти в документации производителя.
К примеру есть оборудование у которого есть встроенный тормозной модуль до 90 кВт, это ESQ 600 серии.
Тормозные резисторы подбираются по одному из вариантов:
- На основании рекомендаций из руководства по эксплуатации преобразователя частоты.
- Номинал и мощность резистора рассчитывается в зависимости от мощности двигателя и режима останова.
Дроссели применяются в следующих случаях:
- Дополнительно сетевой дроссель снизит искажения напряжения в питающей сети.
- При длине кабеля до мотора более 30-100м в зависимости от марки и мощности привода, необходимо использование моторного дросселя.
- Дополнительно моторный дроссель может снизить вероятность выхода частотного преобразователя из строя при коротком замыкании в кабеле или двигателе.
- В случае, если питающий трансформатор или корректор мощности находится близко (обычно менее 100м) от ПЧ, необходимо использование сетевого дросселя.
В свою очередь при наличии чувствительного оборудования, например аналоговых датчиков или сенсорных панелей, вблизи преобразователя частоты необходимо наличие встроенного ЭМС фильтра или внешнего ЭМС фильтра.
По хорошему для обеспечения корректной работы шкафов управления производители рекомендуют применять ЭМС-фильтры.
Примеры выбора преобразователя частоты
Для подбора оборудования рассмотрим частотные преобразователи INSTART.
Исходные параметры электродвигателя:
- Количество фаз – 3.
- Номинальный ток – 5,6 А.
- Рабочее напряжение – 380 В.
- Нагрузка вентиляционная установка.
- Требуется управление ModBus RTU и два релейных выхода.
Проверяем по току преобразователь частоты на 2,2 кВт, к сожалению, MCI-G2.2-4B работает на номинал 5,1 А.
Следовательно, на текущем этапе можно переходить к приводу номиналом на 4,0 кВт, а именно MCI-G4.0-4B.
Просто у рассматриваемого производителя следующий шаг в линейке идет с 2,2 до 4,0 кВт.
В зависимости от режима работы оборудования подбираем возможные варианты:
- Легкий режим: MCI-G4.0-4B.
- Тяжелый режим: MCI-G4.0-4B.
- Особо тяжелый режим: MCI-G5.5/P7.5-4B.
Исходя из условия подбора принимаем MCI-G4.0-4B.
Если учитывать количество входов и выходов можно использовать следующее оборудование:
- Требуется управление ModBus RTU и один релейный выход: MCI-G4.0-4B.
- Требуется управление ModBus RTU и два релейных выхода: LCI-G4.0-4B.
После сопоставления двух приводов принимаем LCI-G4.0-4B.
По следующему критерию проверяем по наличию тормозного модуля, да в выбранной модели данная опция встроена.
Следует посмотреть периферию для нашего варианта:
- Если требуется подбор резисторов, то можно в руководстве посмотреть рекомендации производителя.
- С учетом протяженности кабельной линии питающей и до ЭД, следует предусмотреть дроссели.
Если возникает требование по ЭМС-фильтру, то к выбранному ПЧ LCI-G4.0-4B необходимо применить внешний фильтр IEF-4.0/10.5-4.
Другой вариант решения вопроса применить оборудование со встроенным ЭМС-фильтром.
Для этого рассмотрим сравнительную таблицу технических параметров ESQ на рисунке 6:
Итоговым решением нашей задачи является преобразователь частоты ESQ-760-4T-0040.
В любом случае при подборе оборудования в первую очередь рекомендую читать технические руководства и рекомендации завода-изготовителя оборудования.
Что бы разобраться предметно в технике, необходимо читать техническую литературу.
Список литературы
- Периферия для преобразователей частоты и устройств плавного пуска.
- Руководство по эксплуатации преобразователя частоты INNOVERT серии IVD-B.
- Сравнительная таблица преобразователей частоты INNOVERT.
- Руководство по эксплуатации преобразователя частоты VT-Drive серии FWI-FIT.
- Руководство по эксплуатации преобразователя частоты INSTART серии MCI.
- Сравнительная таблица преобразователей частоты ESQ.
