О Компании
Новости
Продукция
Прайс-Лист
Вакансии
Контакты
Каталог и Справочная Информация

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

         IEK (ИЕК):  
Преобразователи частоты универсальные 0,4 - 630 кВт серии Control A310
Преобразователи частоты универсальные 0,75 - 560 кВт серии Control L620
         ONI (ОНИ):  
Преобразователи частоты универсальные для несложных систем 0,75-15 кВт серии A150
Преобразователи частоты для профессионального насосного применения 0,75 - 450 кВт серии A650

УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА

         ONI (ОНИ):  
Устройства плавного пуска универсальные 0,37-45 кВт серии SFB


Информация по преобразователям частоты

Выбор частотного преобразователя (общая инфрмация)


Для правильного подбора преобразователя частоты (ПЧ) нужно выяснить следующее:

1. Вид нагрузки, которая будет использоваться с ПЧ

Нагрузка называется легкой (нормальной) – когда нагрузка (необходимый крутящий момент) растет пропорционально росту числа оборотов. Иными словами, когда при пуске не требуется высокий момент. Так, например, мощность, требуемая для привода насоса или вентилятора, обычно пропорциональна числу оборотов двигателя в кубе, соответственно при снижении оборотов в 2 раза, требуемая мощность снижается в 8 раз. Примеры легкой нагрузки: насосы и вентиляторы.

Нагрузка называется тяжелой – когда нагрузка (необходимый крутящий момент) высока с момента пуска и не меняется пропорционально росту числа оборотов. Примеры тяжелой нагрузки: подъемно-транспортные механизмы, дробилки, буровое оборудование, конвейеры, прессы и другие нагрузки, где требуется высокий момент при старте и в области низких скоростей.



Размеры преобразователя частоты Control-A310 мощностью 0,4 кВт

Для легких видов нагрузки есть специальные серии ПЧ (например А650), либо они могут использоваться с универсальными сериями ПЧ (такими как A310, L620) по верхней границе допустимого выходного тока.

Для тяжелых видов нагрузки есть специальные серии ПЧ, либо они могут использоваться с универсальными сериями ПЧ по нижней границе допустимого выходного тока.

Например, ПЧ L620 380В 3Ф 11-15кВт 25/32А при легком виде нагрузки может эксплуатироваться с номинальным током на двигателе до 32А, а при тяжелом виде нагрузки - с номинальным током только до 25А.


2. Количество фаз на входе в ПЧ

Следует иметь в виду, что ПЧ не предназначены для работы с однофазными электродвигателями. Практически все ПЧ рассчитаны на управление трехфазной нагрузкой. Когда говорится об однофазном ПЧ, имеется в виду ПЧ с питанием от однофазной сети с напряжением 220В. На выходе такие ПЧ всё равно имеют три фазы с напряжением 220В. Однофазные ПЧ позволяют подключить трехфазные электродвигатели мощностью до 2,2 кВт включительно к однофазной сети напряжением 220В по схеме «треугольник».

Остальные ПЧ являются трехфазными на входе, как и на выходе.


3. Напряжение питания электродвигателя

Для правильного выбора ПЧ нужно выяснить напряжение питания электродвигателя - эта информация всегда присутствует на его паспортной табличке. Также следует убедиться в том, что при выбранной схеме подключения двигателя к ПЧ - «звезда» или «треугольник» - требуемое напряжение соответствует напряжению ПЧ.


4. Мощность и ток электродвигателя, перегрузки по току

Важно понимать, что ПЧ подбирается не по мощности двигателя, а по номинальному току.

Даже у обычных общепромышленных электродвигателей одинаковой мощности номинальный ток может отличаться практически в два раза. У двигателей специального назначения, той же мощности, разница в токе может быть гораздо больше. Это связано с тем, что на табличках электродвигателей указана номинальная механическая мощность на валу, а не полная электрическая мощность, которая зависит от КПД и коэффициента мощности конкретного электродвигателя. Мощность в названии ПЧ служит лишь ориентиром.

Следует учитывать также, что в некоторых случаях, двигатель, по каким-то причинам, может работать в продолжительном режиме при токе выше номинального. На это тоже нужно делать поправку при подборе ПЧ. Самым точным способом выяснить реальный рабочий ток двигателя является непосредственное измерение его во время работы того самого привода, который предполагается использовать с ПЧ.

Таким образом, корректным способом выбрать нужный ПЧ является обязательная проверка условия, чтобы номинальный (или рабочий, если он выше номинального) ток электродвигателя был меньше или равен номинальному выходному току ПЧ.

Также, если со стороны привода существует вероятность перегрузок по току относительно номинального значения, следует определить их уровень, длительность и частоту появления, а затем сравнить их с перегрузочной способностью ПЧ. В случае если перегрузочная способность ПЧ меньше, следует выбрать преобразователь большей мощности.

5. Режим управления электроприводом

По режиму управления электродвигателем частотные преобразователи можно условно разделить на скалярные и векторные. Многие ПЧ поддерживают оба режима управления.

Скалярный или вольт-частотный (V/f) режим управления по сути является режимом с предварительной настройкой параметров выходного тока. При работе в этом режиме в настройках ПЧ предустанавливается функция зависимости напряжения (и соответственно) выходного тока от частоты вращения.

В зависимости от возможностей ПЧ и от величины момента инерции приводимого в движение оборудования, выбранная функция может быть линейной, параболической, гиперболической или произвольной (настраиваемой пользователем по точкам). Так, если необходимо стронуть с места тяжелую массу на приводимом в движение транспортере, характеристике выходного тока следует придать гиперболический вид. Водяные насосы и вентиляторы желательно приводить в движение по параболической кривой, что дает экономию электроэнергии.

Особенности режима скалярного управления:

  • Глубина управления скоростью вращения без падения крутящего момента не превышает 1:10, то есть в случае обычного общепромышленного электродвигателя 5-50 Гц.
  • В указанном выше пределе регулирования достигается постоянная перегрузочная способность двигателя, которая не зависит от частоты приложенного напряжения, но на низких частотах может произойти перегрев двигателя и снижение развиваемого им момента. Для того, чтобы этого избежать, производят установку ограничения минимального значения выходной частоты.
  • Так как в данном режиме ПЧ не может одновременно управлять частотой вращения и моментом, то при динамических изменениях момента сопротивления на валу и отсутствии обратной связи по контролируемому технологическому параметру, скорость вращения будет меняться в пределах 5-10%. То есть данный режим может не подходить для работы с приводом, в котором ожидается быстропеременная нагрузка и требуется постоянное точное поддержание скорости вращения. А вслучае с синхронным двигателем при резком изменении нагрузки можно совсем потерять управление.
  • Стабильность скорости при постоянной нагрузке.
  • Важным преимуществом скалярного метода является возможность одновременного управления неограниченным числом электродвигателей. Частотным преобразователем производится изменение скорости вращения привода, а также, при необходимости, совместно с ПЛК, числа одновременно работающих двигателей.
  • Относительная простота, надежность работы и дешевизна скалярных преобразователей частоты.
  • Простота настройки - достаточно учитывать лишь номинальные величины параметров электропривода, осуществить настройку стандартных опций защиты и управления.

Скалярное управление используется в большинстве общепромышленных приводов как с обратной связью по контролю технологического параметра (ПИД регулирование) так и без нее, включая приводы насосов, вентиляторов, конвейеров, транспортеров, экструдеров, в том числе одно- и многодвигательные системы.



Векторный режим управления по сути является режимом с динамической настройкой параметров выходного тока. При работе в этом режиме ПЧ постоянно контролирует не только выходной ток и частоту вращения, но также и фазу тока, другими словами контролируется величина и угол пространственного вектора. В режиме реального времени ПЧ на основе математической модели двигателя рассчитывает необходимое смещение фазы магнитного поля для достижения требуемого момента и частоты оборотов.

Главной трудностью для реализации векторной системы управления является определение нахождения оси магнитного поля ротора в пространстве. Данная задача решается при помощи датчиков Холла, установленных в электроприводе, либо расчётом по известным соотношениям, где исходными данными являются мгновенные величины тока, напряжения статора и скорость вращения ротора. В среднебюджетных приводах применяется преимущественно расчётный метод, часто это системы управления двигателем без обратной связи по скорости (без энкодера). Такая система управления называется бездатчиковая – управление по разомкнутому контуру.

Если требования к точности регулирования скорости допускают отклонение до 1,5%, а диапазон регулировки скорости менее 1:100 – 1:50, то может быть использована бездатчиковая система управления – управление по разомкнутому контуру. При более высоких требованиях к диапазону и точности регулировки скорости, применяется управление с датчиком скорости на валу (с энкодером). Такие системы называются системами управления двигателем с обратной связью по скорости и позволяют регулировать момент на малых частотах (до 1 Гц).

 

Особенности режима векторного управления:

  • Глубина управления скоростью вращения электродвигателя до 1:50 ÷ 1:100 без обратной связи по скорости вращения вала (без энкодера) и до 1:1000 в схеме с обратной связью (с энкодером).
  • Позволяет удерживать постоянство скорости вращения при динамичном изменении нагрузки электропривода.
  • Плавный старт и плавное вращение электродвигателя во всем диапазоне частот.
  • Возможно произвольное изменение скорости вращения при постоянной нагрузке в пределах 2 Гц (из-за поиска оптимального напряжения). Это следствие принципа работы и не является неисправностью.
  • Уменьшение потерь при переходных процессах в приводе (в связи с этим увеличенный КПД двигателя).
  • Недостатком векторного метода является невозможность одновременного управления более, чем одним электродвигателем.
  • Относительная сложность и дороговизна векторных преобразователей частоты.
  • Усложненность настройки ПЧ - для корректной работы в векторном режиме и построения корректной математической модели, следует корректно вводить большее число параметров электродвигателя, чем в скалярном режиме.

Векторное управление используется там, где требуется обеспечивать широкий диапазон и точность регулирования скорости, особенно при старте и на низких частотах вращения. Векторное управление применяется при работе с крановым оборудованием, с лифтовыми электродвигателями, на дробилках, буровом оборудовании и другими подобными нагрузками.



И скалярный и векторный режимы управления, при наличии встроенного ПИД-регулятора, способны точно поддерживать технологический параметр по датчику обратной связи (скорость, давление, влажность, температуру и другие).

Как правило, для большинства применений достаточно использования скалярного режима. Такими применениями являются насосы, вентиляторы, конвейеры, деревообрабатывающие станки, высокоскоростные шпиндели фрезерных станков, простые куттеры, прессы, упаковочные станки, фасовочные аппараты, дозаторы, компрессоры и другое оборудование.

6. Поддерживаемые способы управления преобразователем частоты

Так как преобразователь частоты обычно устанавливается в шкаф управления, то для доступа к панели управления ПЧ необходимо каждый раз открывать дверь шкафа (в случае работы в пыльном производстве — мука, пыль, цемент — частое открытие двери недопустимо). Кроме того, часто преобразователь устанавливают рядом с двигателем, а пульт оператора находится в стороне. С помощью съемного или выносного пульта управления можно реализовать дистанционное управление преобразователем частоты.

Для дистанционного управления пуском и остановом двигателя с помощью кнопок и переключателей, а также по сигналам различных датчиков (например аварийных), необходимы дискретные входы. Их число должно удовлетворять сложности планируемой системы управления приводом.

Наличие аналогового входа позволяет дистанционно осуществлять плавную регулировку оборотов с помощью потенциометра или аналогового сигнала 0...10В/4...20мА. Совместно со встроенным ПИД-регулятором аналоговый вход позволяет непрерывно поддерживать значение технологического параметра (давление, расход, температура и т. д.). Число аналоговых входов также должно соответствовать сложности планируемой системы управления.

Наличие аналоговых и дискретных выходов, а также выходные реле позволят выстраивать более сложные системы контроля и управления технологическими процессами, а также, при наличии встроенного в ПЧ ПЛК, помогут решать задачи без использования дополнительных контроллеров. Потребность в этих выходах должна быть оценена перед покупкой ПЧ.

Наличие в ПЧ интерфейса RS-485 либо RS-232 позволит подключить преобразователь к автоматизированной системе управления при помощи сетевого протокола. Если необходимости в управлении ПЧ по сети нет, а также не требуется большое количество входов-выходов, в этом случае, в целях экономии средств, можно выбрать специальные серии ПЧ, не предоставляющие излишнего функционала (например серия А150).

7. Дополнительное оборудование

В некоторых случаях при использовании преобразователя частоты может потребоваться установка дополнительного оборудования:

Тормозной резистор необходим для рассеивания энергии, поступающей в ПЧ от электродвигателя, который работает в генераторном режиме. Тормозной резистор используется для обеспечения быстрой остановки или замедления двигателя (особенно с высокоинерционными нагрузками), при работе с подъемно-транспортными механизмами (краны, лифты, наклонные транспортеры, подъемники), высокоинерционными применениями (дымососы, центрифуги, рольганги, тягодутьевые механизмы, транспортные тележки), в применениях, где важна точность позиционирования. Некторые модели ПЧ оборудованы встроенным тормозным модулем и требуется лишь подобрать подходящий резистор. Для некоторых ПЧ и томозной модуль и резистор можно подключать как внешнее оборудование. Некоторые ПЧ не позволяют подключить томозное устройство.


Из-за особенностей конструкции частотного преобразователя его выходное напряжение и ток имеют искаженную, несинусоидальную форму с большим количеством гармонических составляющих (помех). Неуправляемый выпрямитель ПЧ потребляет нелинейный ток, загрязняющий сеть электроснабжения высшими гармониками. ШИМ-инвертор преобразователя частоты генерирует широкий спектр высших гармоник с частотой 150 кГц - 30 МГц. Питание обмоток двигателя таким искаженным несинусоидальным током приводит к появлению таких негативных последствий как тепловой и электрический пробой изоляции обмоток двигателя, увеличение скорости старения изоляции, увеличение уровня акустических шумов работающего двигателя, эрозии подшипников. Кроме того, преобразователи частоты могут являться мощным источником помех в электрической сети питания, оказывая негативное влияние на другое электрическое оборудование, подключенное к этой сети. Для ослабления отрицательного воздействия гармонических искажений, генерируемых ПЧ в процессе работы, на электрическую сеть, электродвигатель и собственно сам ПЧ, применяют различные фильтры.

Применяемые совместно с ПЧ фильтры можно условно разделить на входные, встроенные и выходные. К входным фильтрам относятся сетевые дроссели и ЭМИ–фильтры (РЧ-фильтры), к встроенным - дроссель ЦПТ, к выходным фильтрам - фильтры dU/dt, моторные дроссели, синус фильтры, фильтры высокочастотных синфазных помех.

Входной (сетевой) дроссель является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты и защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 порядка с частотой 250Гц, 350 Гц, 550 Гц и т.д. Защищает от пиковых скачков напряжения в сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который бывает, например, при отключении мощных асинхронных двигателей. Установка сетевого дросселя рекомендуется при нестабильных параметрах сети (пульсация, провалы напряжения), при перекосе фаз более 3%, при наличии в сети электропитания значительных помех от другого оборудования, при присоединении большого количества ПЧ к одной линии электропитания, если мощность источника питания (распределительного трансформатора) более 500 кВА и превышает в шесть и более раз мощность ПЧ или если длина кабеля между источником питания и ПЧ менее 10м. Использование сетевых дросселей значительно повышает срок службы и надежность работы частотных преобразователей.

ЭМИ-фильтр (EMC/EMI). По отношению к питающей сети частотно-регулируемый привод (ПЧ+двигатель) является переменной нагрузкой. В совокупности с индуктивностью силовых кабелей это приводит к возникновению высокочастотных флуктуаций сетевого тока и напряжения и, следовательно, к электромагнитному излучению (ЭМИ) силовых кабелей, что может отрицательно сказаться на работе других электронных приборов. Фильтры электромагнитных излучений необходимы для обеспечения электромагнитной совместимости при установке преобразователя в местах, критичных к уровню помех питающей электросети.

ЭМИ–фильтры существенно уменьшают уровень кондуктивных помех в широком диапазоне частот от 150 кГц до 30 МГц. Паразитные токи циркулируют в пределах «клетки Фарадея» через ЭМИ–фильтр, не выходя за ее пределы. В результате защищаются иные устройства, подключенные к этой же сети электроснабжения от влияния электромагнитных помех, источником которых является ШИМ-инвертор преобразователя частоты. ЭМИ-фильтр должен устанавливаться как можно ближе к силовому входу ПЧ. В некоторых моделях ПЧ ЭМИ-фильтр может быть встроен производителем в корпус по умолчанию.

Дроссель цепи постоянного тока ограничивает пульсации в звене постоянного тока, уменьшает скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты, повышает срок службы конденсатора в звене постоянного тока. В некоторых моделях преобразователей дроссель ЦПТ встраивается производителем по умолчанию.

Выходной электрофильтр dU/dt относится к разряду низкочастотных устройств, ослабляющих частоты выше частоты коммутации силовых ключей инвертора ПЧ. Являет собой Г-образную форму из дросселей и конденсаторов. Величина индуктивности обмотки дросселя фильтра dU/dt находится в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен мкГн, емкость конденсаторов фильтра dU/dt обычно находиться в пределах нескольких десятков нФ. За счет применения данного фильтра удается снизить пиковое напряжение и отношение dU/dt импульсов на клеммах двигателя примерно до 500 В/мкс, тем самым защитив обмотку двигателя от электрического пробоя. В основном применяются в ПЧ с частым рекуперативным торможением, в приводах со старым двигателем и коротким моторным кабелем (менее 15-50 м);

Выходной (моторный) дроссель, в отличие от фильтра du/dt, не имеет контденсаторов, но имеет более высокую индуктивность и поэтому может работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений ШИМ. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает двигатель от негативного влияния ШИМ преобразователя частоты. Ограничивает крутизну нарастания напряжения du/dt, сглаживает синусоиду тока на выходе из ПЧ, защищает двигатель от импульсных токов, уменьшает электромагнитные помехи, ограничивает амплитуды тока короткого замыкания, снижает скорость нарастания тока КЗ и, как следствие, улучшает защиту ПЧ от КЗ.

Выходной синусный фильтр (синус-фильтр) по конструкции аналогичен конструкции фильтров dU/dt с той лишь разницей, что в них установлены дроссели и конденсаторы большего номинала, образующие LC-фильтр с частотой резонанса менее 50% от частоты коммутации (несущей частоты ШИМ-инвертора). За счет этого обеспечивается гораздо более эффективное сглаживание и подавление высоких частот и синусоидальная форма фазных напряжений и токов двигателя. Величина индуктивностей синусного фильтра находится в пределах от сотен мкГн до десятков мГн, емкость конденсаторов синусоидального фильтра от единиц мкФ до сотен мкФ. Поэтому размеры синус-фильтров велики и сравнимы с размерами частотного преобразователя, к которому данный фильтр подключен.

Синус-фильтры преобразуют импульсное напряжение ШИМ-инвертора в синусоидальное напряжение, эффективно ограничивают негативное влияние ПЧ на двигатель и кабель питания. Коэффициент искажения выходного напряжения меньше 5%, поэтому условия работы двигателей, при применении синус-фильтра с ПЧ, аналогичны условиям при сетевом питании. Ток и напряжение являются синусоидальными, дополнительные потери в кабеле и двигателе, а также электромагнитные помехи, сведены к минимуму, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Чаще всего синусоидальные фильтры применяются при длинных кабельных соединениях (позволяя использовать при этом неэкранированный кабель, который намного дешевле) и в приводных системах во взрывоопасных помещениях (поскольку исключают риск возникновения перенапряжения на клеммах двигателя). Наличие фильтров необходимо также в случае параллельной работы сразу нескольких двигателей, приводимых в движение от одного инвертора, а также при модернизации приводных систем старого типа, в которых привод и двигатель не были приспособлены к работе с инвертором.

Высокочастотный фильтр синфазных помех по сути представляет собой дифференциальный трансформатор с ферритовым сердечником, «обмотками» которого являются фазные провода моторного кабеля. Основной причиной возникновения паразитных токов в подшипниках являются синфазные токи, протекающие от ПЧ к двигателю. Устраняя эти токи и обеспечивая выравнивание электрических потенциалов в установке, можно в значительной степени уменьшить опасность повреждений подшипников двигателя. ВЧ-фильтр снижает высокочастотные синфазные токи, связанные с электрическими разрядами в подшипнике двигателя, а также уменьшает высокочастотные излучения от кабеля двигателя, например, в случаях использования неэкранированных кабелей.

Ферритовые кольца фильтра могут быть установлены на моторном кабеле со стороны выходных клемм ПЧ или в клеммной коробке электродвигателя. Установка ферритовых колец ВЧ-фильтра со стороны клемм ПЧ снижает как нагрузку на подшипники двигателя, так и высокочастотные электромагнитные помехи от кабеля двигателя. При установке непосредственно в клеммной коробке двигателя, фильтр синфазных помех снижает только нагрузку на подшипники и не воздействует на электромагнитные помехи от кабеля. Необходимое количество колец зависит от их геометрических размеров, длины кабеля двигателя и рабочего напряжения частотного преобразователя.



Выбор частотного преобразователя для насосов


Отдельное внимание стоит уделить частотным преобразователям специальных насосных серий. От остальных ПЧ их отличает заложенный алгоритм работы с несколькими двигателями. А именно: чередование двигателей и каскадный режим управления. Режим чередования применяется для равномерного износа электродвигателей насосов (таже можно использовать и для вентиляторов). Каскадный режим применяется, когда необходимо с помощью одного частотного регулятора управлять несколькими насосами. Особенность каскадного режима заключается в том, что преобразователь частоты относительно небольшой мощности способен регулировать производительность или давление в широком диапазоне, автоматически включая в работу минимально необходимое количество насосов. Например, ПЧ серии А650 могут управлять группой от 2 до 5 насосов. Также насосные серии ПЧ обычно имеют встроенные дополнительные функции, такие как Плавное заполнение трубы, Защиту от сухого хода, Очистку насоса и т.д. Наличие таких функций позволяет продлить срок службы насосных агрегатов и существенно сэкономить на периферийном оборудовании.

Ниже приведено сравнение некоторых серий ПЧ с точки зрения удобства применения с насосами.

 


Размеры преобразователя частоты Control-A310 мощностью 0,75 кВт



назаднаверх