Как выбрать частотный преобразователь

Преобразователь частоты (ПЧ) — важная составляющая в управлении электроприводами. За счет регулирования частоты и напряжения устройство управляет скоростью электродвигателя, обеспечивает его плавный пуск и торможение. В статье рассмотрим критерии выбора ПЧ с учетом условий эксплуатации, характеристик двигателя и использования специального оборудования.

Это электронное устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя переменного тока. ЧП преобразует переменный ток с требуемой частотой и напряжением. В базовой комплектации устройство состоит из выпрямителя, звена постоянного тока, инвертора и управляющего контроллера, также может быть оснащено дополнительными элементами.

Преобразователь позволяет обеспечить точное управление технологическим процессом, повышает энергоэффективность оборудования и снижает нагрузку на механические узлы при пуске или останове двигателя, чем увеличивает его ресурс.

Как подобрать частотный преобразователь

Чтобы не допустить сбоев в работе и выхода из строя оборудования, необходимо правильно рассчитать ключевые параметры и условия работы. При выборе ПЧ учитывают:

• ток и напряжение;
• тип управления: скалярный или векторный;
• схему подключения обмоток;
• тип и особенность подключаемой нагрузки;
• условия эксплуатации;
• дополнительные функции под конкретные задачи.

Ниже подробнее расскажем о наиболее важных критериях. Если у вас нет соответствующего опыта в выборе нужного устройства, рекомендуем обращаться к специалистам.

Тип управления: скалярный и векторный

Частотные преобразователи выполняют два типа управления: скалярное и векторное. Выбор зависит от особенностей технологического процесса, предъявляемых требований к работе и точности, вида нагрузки. Рассмотрим подробнее каждый вариант.

Скалярное управление

Поддерживает постоянное пропорциональное соотношение между амплитудой напряжения и частотой. Это позволяет регулировать скорость вращения в диапазоне от 10 до 100% номинальной частоты, но не дает контролировать крутящий момент. Погрешность стабилизации скорости составляет примерно от 5 до 10%.

Его используют для оборудования, у которого нагрузка почти не меняется в процессе работы: различных вентиляторов, компрессоров, циркуляционных и дренажных насосов, приводов с постоянной нагрузкой.

Преимущества:

• возможность параллельного подключения нескольких двигателей к одному ПЧ;
• простая настройка, быстрый ввод в эксплуатацию;
• минимальные требования к квалификации персонала;
• сравнительно невысокая стоимость.

Недостатки:

• нельзя с точностью управлять моментом, особенно при низких частотах;
• невозможно работать при нулевых и очень низких оборотах;
• нестабильная работа при резких изменениях нагрузки.

Векторное управление

Преобразователь управляет токами, которые по отдельности создают крутящий момент и магнитный поток в двигателе. Это более продвинутый метод, он обеспечивает точное и стабильное управление моментом и скоростью вращения, широкий диапазон регулирования скорости.

Применяют в системах, где нужна высокая точность, динамика и стабильность рабочего процесса: прессах, конвейерах, лифтах, кранах, различном грузоподъемном оборудовании, металлообрабатывающих станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Плюсы:

• высокая точность;
• возможность управлять не только частотой, но и магнитным потоком;
• поддержка заданного момента при любой скорости;
• управление при перегрузках, подходит для динамичных приводов с быстрым торможением и реверсом.

Минусы:

• необходима пусконаладка и настройка параметров под конкретный двигатель;
• в отдельных случаях нужен энкодер для обратной связи;
• более высокая стоимость по сравнению со скалярным.

Схемы подключения

Чтобы двигатель исправно работал, его нужно правильно подключить к преобразователю частоты. Для этого используют схемы «звезда» (Y) и «треугольник» (Δ). Выбор зависит от характеристик привода, типа питания, рабочего напряжения преобразователя.

Конфигурацию «звезда» применяют при трехфазном питании 380 В. Она подходит для большинства стандартных двигателей с маркировкой «220/380 В». Линейное напряжение между фазами составляет 380 В; между фазой и нулевой точкой — 220 В.

Концы трех обмоток соединяют в одной точке, что обеспечивает пониженное напряжение на каждой. Преимущество данной схемы заключается в стабильной работе системы при нормальных условиях эксплуатации, снижении тока пуска, уменьшении нагрузки на преобразователь.

Схему «треугольник» используют для подключения электрического двигателя, если он рассчитан на 220 В, а напряжение в сети — 380 В. Применяют с частотниками, которые образуют на выходе однофазное напряжение 220 В.

Конец одной обмотки соединяют с началом другой, таким образом получают замкнутый треугольник. Схема обеспечивает более высокие токи и поддержку полной мощности при работе от однофазной сети.

Комбинированную схему «звезда — треугольник» иногда применяют для мощных двигателей от 5 кВт и выше. В режиме «звезда» производят пуск для снижения пускового тока, а для выхода на полную мощность переключают в режим «треугольник». В современных установках при использовании частотного преобразователя эта схема не нужна, потому что ПЧ обеспечивает плавный разгон без рывков и перегрузок.

При выборе схемы подключения обязательно проверяйте характеристики двигателя, чтобы избежать перегрева его обмоток, повреждения и выхода из строя. Напомним, что напряжение ПЧ должно соответствовать номинальному напряжению обмоток двигателя в используемой схеме подключения. При однофазном питании 220 В двигатель подключают по схеме «треугольник» на 220 В; при трехфазном — «звезда» или «треугольник», в зависимости от напряжения.

Какой частотный преобразователь выбрать для разного типа оборудования

У различных электротехнических установок свои особенности и требования к эксплуатации. Для работы насосов и вентиляторов хорошо подойдет скалярный способ управления, при котором возможно использовать режим энергосбережения при работе на пониженных скоростях.

Векторное управление необходимо для равномерного запуска конвейерного оборудования. Современные металлообрабатывающие центры с ЧПУ нуждаются в точной регулировке оборотов и работе в режиме постоянной мощности с возможностью торможения.

Для кранов, лифтов и других подъемных механизмов также нужно векторное управление, потому что эти агрегаты особо требовательны к динамике и точности управления, а для обратной связи, например, в случаях лифтов, нужен энкодер.

Дополнительное оборудование

Для эффективной и безопасной работы системы могут также понадобиться следующие компоненты:

• панели локального и дистанционного управления;
• фильтры электромагнитной совместимости (ЭМС) — для снижения электромагнитных помех;
• тормозные резисторы — для быстрой остановки двигателя;
• датчики обратной связи — энкодеры;
• быстродействующие предохранители для защиты ПЧ и мотора от короткого замыкания;
• различные датчики: температуры, давления и других параметров;
• преобразователи интерфейсов — для интеграции в системы автоматизации Modbus, Profibus.

Подводим итоги

В статье рассказали, как выбрать частотный преобразователь, чтобы продлить срок службы оборудования, снизить затраты на обслуживание системы. Напомним, что помимо правильно подобранной мощности нужно также учесть особенности и тип подключаемой нагрузки, условия эксплуатации и другие параметры.

На нашем сайте вы найдете преобразователи частоты под любую задачу. Если вам нужна помощь в выборе конкретной модели, оставляйте заявку. С вами свяжется специалист и проконсультирует по всем вопросам.