Руководство по выбору преобразователей частоты для различных применений

Электропривод и его – модернизация, оптимизация, повышение КПД, снижение энергопотребления (энергосбережение), все это требования современного производства, ведущие к снижению эксплуатационных затрат и улучшению экологического фона нашей планеты.
Основными устройствами, используемыми при модернизации электропривода переменного тока, являются преобразователи частоты, которые дают возможность плавного изменения частоты вращения электродвигателя с поддержанием необходимого момента на валу.   

Итак, для правильного выбора преобразователя частоты под Вашу систему электропривода (применение) следует учитывать следующие факторы:  

1. Тип применения
2. Требуемая перегрузочная способность  преобразователя частоты
3. Требуемый диапазон регулирования и точность поддержания скорости приводного механизма
4. Функциональность преобразователя частоты
5. Номинальные данные подключаемого к преобразователю частоты двигателя

 Рассмотрим каждый из этих пунктов подробнее.
1. Обобщенно, возможны три основных применения преобразователя частоты:

a.) Управление скоростью приводного механизма
Например – управление скоростью вращения двигателя  насоса, конвейера, шпинделя станка и т.д.
Понятно, что это основное применение преобразователей частоты, изначально для этого они и создавались. За счет применения преобразователей частоты появилась возможность не только упростить кинематические схемы приводов с двигателями переменного тока, где требуется регулировать скорость вращения, но и существенно экономить электроэнергию. С примером эффективности внедрения преобразователей частоты для насосных агрегатов можно ознакомиться здесь. Любой преобразователь частоты может управлять скоростью вращения двигателя переменного тока (он должен соответствовать характеристикам двигателя).

b.) Управление моментом приводных механизмов.
Например - управление моментом двигателя  намотчика/размотчика для поддержания заданного натяжения материала, применения с распределением нагрузки между несколькими приводными точками (с этим примером можно ознакомиться здесь).
 Не все преобразователи частоты имеют данную функцию. Чтобы управлять моментом, преобразователь частоты должен иметь принцип векторного управления электродвигателем.

c.) Управление положением приводного механизма
Например - управление положением робота, осью станка и т.п.
В таких технологических установках применяются электродвигатели, оснащенные датчиками обратной связи по положению\скорости. Зачастую, здесь применяются специальные сервомоторы с постоянными магнитами, например, такие как Unimotor FM (производства Control Techniques).
Преобразователь частоты должен обладать функцией управления положением, причем, порт для подключения датчика обратной связи может быть как встроенным в основную плату управления, так подключаемым опционально. Задание положения для преобразователя может формироваться как его собственным контроллером по заданному алгоритму, так и внешними контроллерами (импульсными или аналоговыми сигналами, либо посредством передачи данных по промышленным сетям – Profibus DP, Ethernet, Modbus, Profinet и т.д.). Управление сервомотором с постоянными магнитами потребует от преобразователя частоты наличия соответствующего режима управления.

2. Требуемая перегрузочная способность зависит от типа приводного механизма, режимов его работы. Стандартно, преобразователи частоты имеют возможность 110% и 150% перегрузки в течение короткого времени (нескольких секунд или минут).   

Для примера, к применениям, не требующим высокую перегрузочную способность можно отнести такие механизмы как:
- Вентиляторы
- Центробежный насос
- Поршневой насос
- Холодильный компрессор
- Винтовой компрессор
- Поршневой компрессор
- Конвейер, транспортер
- Смеситель

Механизмы, требующие высокую перегрузочную способность:
- Мельницы
- Дробилки
- Прессы
- Шредеры
- ПТО
-различные применения с задачами управления положением.
Преобразователи частоты для сервомоторов – сервоприводы, имеют высокую перегрузочную способность, в основном не менее 300% в течение минуты.   

3. Ширина диапазона регулирования и точность поддержания скорости могут предъявить к преобразователю частоты дополнительные требования.
Как правило, эти параметры не учитываются для электродвигателей насосов, вентиляторов, где регулирование производится в достаточно узком диапазоне (35-50 Гц).  Однако если говорить, например, про привод тележки для гидродинамических испытаний макетов судов, где требуется высокая точность поддержания скорости в диапазоне от 1-го об/мин до 1500 об/мин с, то нужно обратить внимание на соответствующие характеристику преобразователя частоты называемой – глубиной регулирования скорости.
Диапазон регулирования скорости определяется отношением максимальной скорости к минимальной при условии поддержания электродвигателем номинального момента.
Для преобразователей частоты с различным принципом управления двигателем диапазоны регулирования имеют примерно следующие значения:
-вольт-частотный (скалярный) режим -  1:20,
-векторное управление без датчика обратной связи – 1:100,
-векторное управление с датчиком обратной связи – 1:1000.   

Что касается точности поддержания скорости, то значения имеют следующий вид:
-вольт-частотный (скалярный) режим  +/- 25 об/мин,
-векторное управление без датчика обратной связи  +/- 10 об/мин,
-векторное управление с датчиком обратной связи  +/- 0,15 об/мин.

4. При выборе преобразователя частоты следует учитывать степень его защиты от окружающей среды, она может варьироваться от IP00 до IP66. Первая цифра означает уровень защиты от твердых веществ, вторая от жидкостей. Так же к дополнительному функционалу преобразователей частоты можно отнести следующее:   

a.) Возможность подключения тормозного резистора.
Данная функция необходима для быстрого останова приводных механизмов с высокой инерционностью, например, центрифуг, манипуляторов и т.п. При торможении двигателя, последний переходит в генераторный режим и выделяемую им энергию нужно рассеивать в тепло, так как в противном случае может возникнуть аварийное отключения преобразователя частоты по перенапряжению на шине постоянного тока и выходу из строя мощных электролитических конденсаторов.   

b.) Возможность рекуперации выделяемой двигателем энергии при его торможении  в питающую сеть.
При останове высоко-инерционных механизмов, например, больших вентиляторов, маховиков и т.п., генерируемую двигателями энергию можно вернуть в сеть, что может привести к существенной экономии энергопотребления (необходимо делать расчет). Так же данную функцию целесообразно использовать в механизмах, где привод создает отрицательный вращающий момент (размотчики, стенды испытания двигателей под нагрузкой). Более подробно про рекуперацию энергии в сеть можно почитать здесь.   

с.) Помимо электродвигателей, преобразователи частоты так же могут управлять вспомогательными механизмами, например, клапанами, сигнальной аппаратурой и т.д. Этого можно реализовать посредством встроенных в преобразователь частоты входов/выходов, так и посредством подключения к нему опциональных плат.
         Преобразователи частоты можно оснащать различными опциями, например:
- Программируемый логический контроллер (PLC)
- Платы расширения аналоговых и дискретных входов/выходов
- Платы с сетевыми интерфейсами (Profibus, DeviceNet и т.д.)

5. Итак, после выбора модели преобразователя частоты, необходимо выбрать его 
типоразмер под конкретный двигатель. Для этого необходимо ознакомиться с информацией на шильдике двигателя и определить его номинальное напряжение, номинальный ток, номинальную скорость вращения и КПД. Вся эта информация, как правило, потом заносится в программу настройки преобразователя.
Низковольтные преобразователи частоты могут иметь следующее напряжение питания:
          ~ 1ф. х 200-240 В
          ~ 3ф. х 200-240 В
          ~ 3ф. х 380-480 В
          ~ 3ф. х 500-690 В   

С соответствующим значением номинального напряжения питания должен быть и сам подключаемый электродвигатель. Номинальный выходной ток преобразователя частоты должен быть не менее номинального тока электродвигателя с учетом перегрузочных способностей для данного применения, определяемых в соответствии с пунктом 2 данной статьи.

На современном рынке существует большое количество производителей выпускающих преобразователи частоты, однако, практика показывает, что самым беспроблемным вариантом является использование европейских или японских брендов, у которых хорошо развита техническая и сервисная поддержка на территории России.  Таким примером могут быть фирмы Control Techniques (Англия), Vacon (Финляндия), Danfoss (Дания), Siemens (Германия), АВВ (Швеция),  Mitsubishi (Япония), Omron-Yaskawa (Япония) и т.д.

Для выбора преобразователя частоты под Ваше применение воспользуйтесь специальным КОНФИГУРАТОРОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА на нашем сайте или свяжитесь с нами по телефону (812) 635-9030, email: sales@driveka.ru .