Зміна швидкості і напрямку обертання асинхронного двигуна – проблема, яку доводиться вирішувати в ряді завдань. Для цього можна використовувати перетворювач частоти. Це силовий перетворювач, до якого підключають асинхронні двигуни, в результаті зміни частоти вихідної напруги змінюється і швидкість обертання ротора двигуна.
Правильне управління електроприводом дозволяє підвищити ефективність його застосування. У цій статті ми розповімо, як вибрати частотний перетворювач для електродвигуна по потужності, струму і іншим параметрам.
На які параметри звернути увагу
Відразу варто відзначити, що за допомогою частотного перетворювача ви можете підключити асинхронний трифазний двигун до однофазної мережі без конденсаторів, відповідно і без втрати потужності.
Щоб зрозуміти, як правильно вибрати частотний перетворювач, давайте розглянемо ряд основних параметрів:
- Потужність. Підбирають більшу, ніж повна потужність двигуна, який буде до нього підключений. Для двигуна на 2.5 кВт, якщо він працює з рідкісними незначними навантаженнями або в номіналі, частотний перетворювач вибирають найближчий в бік збільшення з модельного ряду, припустимо на 3 кВт.
- Кількість живильних фаз і напруга – однофазні та трифазні. До однофазним на вхід підключається на 220В, а на виході ми отримуємо 3 фази з лінійною напругою 220В або на 380 (уточнюйте яке вихідна напруга при покупці, це важливо для правильного з’єднання обмоток двигуна). До потужним трифазним приладів підключається три фази відповідно.
- Тип управління – векторне і скалярне. Частотні перетворювачі зі скалярним керуванням не забезпечують точного регулювання в широких межах, при дуже низьких або дуже високих частотах можуть змінюватися параметри двигуна (падає момент). Сам же момент підтримується так званої ВЧХ (функція U / f = const), де напруга на виході залежить від частоти. Для частотники з векторним керуванням застосовуються ланцюга зворотного зв’язку, з їх допомогою підтримується стабільність роботи в широкому діапазоні частот. А також, коли при постійній частоті змінюється навантаження на двигун, такі перетворювачі частоти більш точно підтримують момент на валу таким чином знижуючи реактивну потужність двигуна. На практиці частіше зустрічаються частотні перетворювачі зі скалярним керуванням, наприклад, для насосів, вентиляторів, компресорів та іншого. Однак при підвищенні частоти вище ніж в мережі (50 Гц) момент починає знижуватися, кажучи простою мовою – нікуди підвищувати напругу зі збільшенням оборотів. Моделі з векторним керуванням коштують дорожче, їх основне завдання – підтримка високого моменту на валу, незалежно від навантаження, що може бути корисним для токарного або фрезерного верстата, для підтримки стабільних оборотів шпинделя.
- Діапазон регулювання. Цей параметр важливий, коли вам потрібно регулювати електропривод в широкому діапазоні. Якщо вам, наприклад, потрібно підлаштовувати продуктивність насоса – регулювання відбуватиметься в межах 10% від номіналу.
- Функціональним особливості. Наприклад, для управління насосом буде добре, якщо в частотному перетворювачі буде функція відстеження режиму «сухого ходу».
- Виконання і влагозащищенность. Цей параметр визначає, де може бути встановлений Частотники. Щоб зробити правильний вибір визначитеся де ви його встановите, якщо це буде сире приміщення – підвал, наприклад, то краще помістити прилад в щит з класом захисту IP55 або близький до нього.
- Спосіб гальмування вала. Інерційний гальмування відбувається при простому відключенні харчування від двигуна. Для різкого розгону і гальмування застосовується рекуперативного або динамічне гальмування, за рахунок зворотного обертання електромагнітного поля в статорі, або швидке зниження частоти за допомогою перетворювача.
- Спосіб відведення тепла. При роботі напівпровідникові ключі виділяють досить велику кількість тепла. У зв’язку з цим їх встановлюють на радіатори для охолодження. У потужних моделях використовується активна система охолодження (за допомогою кольорів), що дозволяє знизити габарити і вага радіаторів. Це потрібно врахувати ще до покупки, перед тим як ви вирішите вибрати ту чи іншу модель. Спершу визначте де і як буде проведено монтаж. Якщо він буде встановлений в шафі, то слід врахувати і те, що при малому обсязі простору навколо приладу охолодження буде утруднено.
Часто перетворювачі частоти підбирають для глибинного насоса. Він потрібен для регулювання продуктивності насоса і підтримування постійного тиску, плавного пуску, контролю роботи «на суху» і економії електроенергії. Для цього є спеціальні прилади, які відрізняються від частотники загального призначення.
Як розрахувати частотники під двигун
Є кілька способів розрахунку для вибору частотного перетворювача. Розглянемо їх.
Підбір по току:
Струм перетворювача частоти повинен бути рівний або більшим ніж струм для трифазного електродвигуна, споживаний при повному навантаженні.
Припустимо є асинхронний двигун з характеристиками:
P = 7,5 кВт;
U = 3х400 В;
I = 14,73 А.
Значить тривалий вихідний струм частотного має дорівнювати або більше ніж 14.73А. Розрахунок показує, що це дорівнює 9.6 кВА при постійній або квадратичної характеристиці крутного моменту. Таким вимогам з невеликим запасом відповідає модель: Danfoss VLT Micro Drive FC 51 11 кВт / 3ф, яку буде цілком розумно вибрати.
Вибір по повній потужності:
Вибираємо перетворювач частоти з хорошим запасом, при тому що ми його будемо підключати до однофазної мережі і використовувати для управління обертанням шпинделя токарного верстата. Найближча модель, яка для цього підійде: CFM210 3,3 кВт.
Варто зазначити, що модельний ряд більшості виробників відповідає стандартному ряду потужностей асинхронних двигунів, що дозволить зробити вибір Частотники з відповідною потужністю (що не перевищує). Якщо ви використовуєте свідомо більш потужний двигун і не навантажувати його повністю, можна виміряти фактичний струм споживання і підібрати перетворювач частоти виходячи з цих даних. Загалом при розрахунку Частотники для двигуна враховуйте:
- Максимальний споживаний струм.
- Перевантажувальну здатність перетворювача.
- Тип навантаження.
- Як часто і наскільки довго можуть виникати перевантаження.
ПЧ класифікуються за наступними критеріями:
Кількість фаз на вході – можливі однофазні та трифазні варіанти
Виконання по номінальній напрузі – існують загальнопромислові ПЧ для мереж до 500В, а також високовольтні на U до 6000В
Виконання за ступенем захисту IP
Типу управління – векторне або скалярний
Області застосування – існують загальнопромислові, ліфтові, для нососних-вентиляторної навантаження
Потужність перетворювача частоти. Потужність електроприводу є, мабуть, одним з основних його параметрів. Залежно від номінальної потужності двигуна вибирається частотний перетворювач. Рекомендується вибирати за максимальним значенням струму споживаного двигуном від частотного перетворювача з урахуванням перевантажувальної здатності ПЧ. Якщо потрібен великий пусковий момент або короткий час розгону / уповільнення, вибирається перетворювач на щабель вище стандартного.
При виборі перетворювача для роботи зі спеціальними двигунами (двигуни з гальмами, заглибні двигуни, з втяжні ротором, синхронні двигуни, високошвидкісні і т.д.) слід керуватися, перш за все, номінальним струмом перетворювача, який повинен бути більше номінального струму двигуна, а також особливостями настройки параметрів перетворювача.
Діапазон регулювання. Якщо швидкість не буде падати нижче 20% від номінальної, то підійде практично будь-який ПЧ, але якщо потрібно знижувати швидкість і далі, забезпечуючи при цьому номінальний момент на валу, потрібно переконатися в здатності частотного перетворювача забезпечити роботу електродвигуна на частотах, близьких до нуля. Крім того, з діапазоном регулювання швидкості пов’язаний ще одне питання, яке потребує вирішення, – охолодження електродвигуна. Зазвичай асинхронний двигун (з самовентиляцією) охолоджується вентилятором, закріпленим на його валу, тому при зниженні швидкості ефективність охолодження різко падає. Деякі ПЧ забезпечені функцією контролю теплового режиму за допомогою зворотного зв’язку через датчик температури встановленого на самому електродвигуні. Існують і інші варіанти вирішення даного питання, але вже без використання ПЧ
Способи управління завданням. Деякі механізми повинні управлятися від завдання, плавно змінюючи обертів електродвигуна з обертанням ручки потенціометра, а в деяких випадках потрібна робота на фіксованих швидкостях. Причому, і в тому і в іншому випадку може бути можливим управління, як з самої панелі ПЧ, так і по аналоговим входам за допомогою кнопок, перемикачів і потенціометрів. При реалізації останнього варіанту необхідно переконатися в достатній кількості необхідних входів. У разі використання зовнішнього керуючого пристрою (контролера, логічного реле і т.д.), необхідно переконатися в узгодженні за технічними параметрами. Зазвичай це струмові або вольта сигнали з діапазонами 0 … 20мА, 4 … 20мА і 0 … 10В відповідно. Якщо управління частотного перетворювача відбувається по мережі, то необхідна наявність відповідних інтерфейсу з протоколом передачі даних. Управління двигуном може проходити автоматично, для цього необхідна наявність ПІД-регулятора і можливість організувати зворотний зв’язок від датчика контрольованого параметра.
