Как выбрать частотный преобразователь

Преобразователь частоты — электронное устройство, которое управляет скоростью вращения трехфазного асинхронного двигателя. Изменение частоты выходного напряжения меняет скорость вращения ротора электродвигателя. Это важное оборудование в работе промышленных, энергетических, любых объектов, где используют электроприводы.

Современные ПЧ, кроме своей основной функции, позволяют контролировать и менять много других параметров в процессе работы двигателя. Поэтому они имеют широкий круг применения, а правильный выбор частотного преобразователя — задача, которая требует определенных знаний.

Применение

Современные частотные регуляторы используют для:

• Поддержания и изменения скорости вращения электродвигателя.
• Плавного пуска и торможения двигателя. Это снижает слишком большой пусковой ток и момент — исключает удары, рывки и повышенные механические нагрузки на привод. Таким образом, ПЧ защищает его и увеличивает срок службы оборудования.
• Поддержания нужного значения параметра за счет изменения скорости вращения двигателя. Таким параметром может быть: температура, давление, расход жидкости.
• Защиты электродвигателя при коротком замыкании. Преобразователь страхует при отклонениях от номинального напряжения сети, контролирует температуру механизма, не допускает перегрева. Благодаря этому ПЧ обеспечивает более длительную и надежную работу привода, уменьшает затраты на обслуживание и ремонт техники.
• Экономии потребления электроэнергии при частично загруженном двигателе до 50%.
• Точного управления и регулировки сложного оборудования движения: краны, конвейеры, лебедки.

Преобразователи частоты в основном используют на разных производствах в металлургии, энергетике, нефтяной сфере, для очистных сооружений, конвейерных линий. Также их применяют в бытовых сферах: погружные насосы, системы отопления в коттеджах и домах.

Базовые параметры

Подбор частотного преобразователя начинается с изучения основных характеристик.

Количество питающих фаз и номинальное напряжение

Если не учесть эти параметры и неправильно подключить оборудование, возникнут аварийные ситуации, и техника выйдет из строя.

Выпускают однофазные и трехфазные модели ПЧ. К однофазному на вход подключают однофазную сеть напряжением 220В, а на выходе получают три фазы с линейным напряжением 220В или 380В. К трехфазному подключают три фазы, соответственно.

Однофазный преобразователь, как и трехфазный, предназначен для управления трехфазным асинхронным двигателем и способен решать те же задачи.

Важно, чтобы номинальное напряжение питания двигателя не превышало питание ПЧ, а значения параметра питающей сети и электропривода совпадали.

Диапазон выходной частоты

Через изменение частоты выходного напряжения происходит управление скоростью вращения вала. Нужно обращать внимание на диапазон значений выходной частоты преобразователя, распространенный интервал — от 0 до 400 Гц.

Мощность

Ее значение у частотного преобразователя должно быть равно мощности двигателя либо превышать его. При работе с высокими пусковыми нагрузками допустимо, чтобы мощность ПЧ была выше на одну–две ступени: при этом нагрузка на преобразователь ниже — он будет меньше греться и прослужит дольше.

Важно помнить, что мощность двигателя зависит от КПД и коэффициента мощности, а указанное на электродвигателе значение относится к механической мощности двигателя на валу, а не к потребляемой от источника питания активной мощности, как у других электроприборов.

Номинальный ток

Электропривод не работает в идеальном режиме — всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Чтобы обезопасить привод от возможных перегрузок, фактический длительный рабочий ток двигателя не должен превышать номинальный выходной ток частотного преобразователя.

Самый правильный метод определения рабочего тока — измерение его значения во время работы двигателя.

Чтобы правильно подобрать частотный регулятор, необходимо знать номинальные характеристики самого прибора и электродвигателя. Нужная информация есть в технической документации и на корпусе приборов.

На что еще обратить внимание

Кроме базовых характеристик, выбор частотного преобразователя делают на основе его типа управления и дополнительных возможностей.

Тип управления

По режиму управления преобразователи частоты делят на скалярные (вольт-частотные) и векторные.

Скалярный режим

Преобразователи с таким типом управления дешевле и проще в настройке, но не обеспечивают точной регулировки в широких пределах. При слишком низких или слишком высоких частотах параметры двигателя могут изменяться: при увеличении нагрузки двигатель замедляется, при уменьшении — ускоряется. При постоянной нагрузке скорость вращения не меняется.

ПЧ со скалярным управлением позволяет работать с несколькими двигателями одновременно, если обеспечить дополнительную защиту по току для каждого электродвигателя.

Вольт-частотный режим используют, когда параметры нагрузки заранее известны и стабильны. Например, для работы насосов, вентиляторов, конвейеров, упаковочных станков, прессов.

Векторный режим

Основная задача частотников с этим типом управления — поддерживать постоянную скорость вращения при резко меняющихся нагрузках. Это возможно за счет автоматической регулировки выходного напряжения.

Преобразователи такого вида имеют широкий диапазон режимов и настроек, стабильно работают при изменяющейся скорости и на сверхмалых оборотах. Они стоят дороже, требуют тонкой настройки и работают только с одним двигателем.

Векторное управление обычно применяют при работе с кранами, подъемными механизмами, на дробилках, буровом оборудовании и другими нагрузками, где нет четкой зависимости момента нагрузки от скорости вращения.

Дополнительные возможности

Функции управления

Можно выполнять плавный разгон и плавное торможение двигателя по заданному времени, повышение и понижение оборотов, поддержание определенной частоты.

Способ отвода тепла

Во время работы преобразователи частоты выделяют большое количество тепла. Поэтому их устанавливают на радиаторы для охлаждения. В определенных моделях частотников есть мощная система охлаждения с помощью кулеров, что позволяет снизить габариты и вес радиаторов.

Способность к перегрузкам

Современные частотные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией могут выдерживать перегрузки до 200%.

Встроенный тормозной резистор

При обычном отключении питания торможение двигателя происходит по инерции, если нет естественного сопротивления: воды в трубе, потока обратного воздуха. Тормозной резистор создает искусственное торможение для быстрой остановки электродвигателя.

Диапазон регулирования

Важен, когда нужно регулировать электропривод в широком диапазоне. Например, если надо подстраивать производительность насоса — регулировка будет происходить в пределах 10% от начального значения.

Защита корпуса

Перед тем, как выбрать преобразователь частоты, важно понимать, где он будет расположен. Если это место с повышенной влажностью, надо установить прибор с высоким классом защиты от влаги и пыли (IP54, IP55).

Умные опции

Это может быть автонастройка, программирование с помощью компьютера или встроенного пульта управления. Например, для управления насосом стоит подобрать преобразователь с функцией отслеживания режима «сухого хода» — когда нет расхода воды в системе, он автоматически останавливает работу насоса и экономит электроэнергию.

Поддержка ПИД-регулятора

Регулятор осуществляет дополнительное управление. Частотники со встроенным ПИД-регулятором могут точно поддерживать технологический параметр по датчику обратной связи: скорость, давление, влажность, температуру.

Особенности выбора для разного оборудования

Выбор частотного преобразователя во многом зависит от условий использования устройства и от целей, для которых его подбирают.

Для насоса

В этом случае преобразователь частоты нужен, чтобы защитить трубопровод от гидроударов во время запуска насоса, а двигатель — от выхода из строя и работы в аварийном режиме. Для этого ПЧ должен обеспечивать плавный пуск насосов и плавное изменение частоты вращения электродвигателя.

Важно, чтобы преобразователь мог регулировать производительность насоса, поддерживать постоянное давление в системе водоснабжения и оптимизировать расход электроэнергии с помощью контроля работы «на сухую» — автоматической остановки работающего насоса при отсутствии расхода воды.

Также пригодится алгоритм работы с несколькими двигателями: режим чередования или каскадный. При чередовании насосы используют по очереди для равномерного износа двигателей.

Каскадный режим применяют, когда нужно одним ПЧ управлять несколькими насосами. Частотник небольшой мощности регулирует производительность или давление, включая в работу только необходимое количество насосов. В таком режиме можно работать с насосами разной мощности, тогда ее значение у преобразователя определяется самым мощным насосом.

Для грузоподъемной техники

Современное крановое оборудование, лебедки — сложные механизмы. Поэтому преобразователь частоты для электропривода такого устройства должен обладать максимальной перегрузочной способностью, уметь управлять механическим тормозом двигателя и иметь свой встроенный тормозной резистор.

Важно сделать выбор в сторону модели с возможностью получать обратную связь от электропривода. Это нужно для быстрого обмена информацией между звеньями системы, непрерывного мониторинга всех процессов и точного управления параметрами в процессе работы.

Правильно подобранный преобразователь частоты обеспечивает надежное управление электродвигателем крана, перемещение груза на разных скоростях без раскачиваний и дает максимум производительности.

Для конвейерного оборудования

При запуске подобной техники возникает повышенная нагрузка на ее детали и пусковой ток, превышающий номинальный в 6–7 раз. Это приводит к повышенному износу узлов или перегреву электродвигателя, что является самой частой причиной сбоев и поломок такого оборудования.

Для конвейеров очень важны плавный разгон и торможение без рывков, пробуксовок, остановок, а также одинаково заданная скорость движения. Поэтому для этого вида устройств нужно выбрать преобразователь частоты, который автоматически регулирует скорость ленты, устраняет перегрузки во время запуска, отводит излишки энергии при торможении с помощью специального модуля.

Такой частотный регулятор повысит уровень надежности и продлит срок работы техники.

Для вентиляторного оборудования

Преобразователь частоты для такого устройства стоит выбирать с дополнительным датчиком, который оперативно передает информацию о текущей потребности в воздухе на ПЧ. Частотник изменяет скорость вращения двигателя, что позволяет экономить электроэнергию на 20–40%.

Также регулятор должен обеспечивать плавные пуск и остановку вала, чтобы защищать электропривод вентилятора от скачков тока и перегрузок.