Одним из важных направлений снижения энергопотребления является внедрение энергосберегающего оборудования, к которому в первую очередь относится частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) - асинхронный электродвигатель, управляемый от преобразователя частоты.
Для начала ответим на вопрос, Что такое преобразователь частоты и Зачем нужен частотный преобразователь?
Успешное внедрение частотных преобразователей для решения различных технологических задач, объясняется в первую очередь обширным распространением асинхронных электродвигателей (до 90% рынка) отличающихся простотой конструкции, высокой надежностью, дешевизной, легкостью подключения и т.д.
Но данным электродвигателям также присущи и некоторые недостатки, снижающие их область применения или делающих их менее эффективными. К ним можно отнести – невозможность плавного регулирования частоты вращения ротора и как следствие неэкономичное применение при определенных задачах, существенные пусковые токи и т.д.
Для устранения вышеописанных недостатков асинхронных электродвигателей и были разработаны частотно регулируемые электропривода.
Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод) - система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя. Состоит собственно из электродвигателя и преобразователя частоты (ПЧ).
Трёхфазный асинхронный двигатель был создан в конце XIX столетия и на данном этапе развития человечества является одним из незаменимых элементов в современном промышленном производстве. Для обеспечения плавного пуска и остановки такого двигателя используется специальное устройство.
Называется оно - преобразователь частоты или частотник, если попроще. Для крупных двигателей с большой мощностью наличие такого преобразователя особенно актуально . С помощью частотников можно регулировать пусковые токи, что подразумевает осуществление таких манипуляций, как контроль и ограничение их величины.
Принцип работы частотного преобразователя
Исключительно механическое управление током приводит к энергетическим потерям и уменьшению срока службы оборудования. Показатели этого тока будут в несколько раз больше номинальных , что крайне отрицательно скажется на нормальной работе оборудования.
Принцип работы частотного преобразователя заключается в том, что управление током осуществляется электронным путём. Это обеспечивает мягкий пуск, плавное регулирование работы привода, путём соблюдения соотношения между частотой и направления по специальной заданной формуле.
У частотного преобразователя существует целый ряд преимуществ, которые очень положительно характеризуют работу этого устройства. Одним из таких преимуществ является тот факт, что частотник помогает экономить потребляемую энергию . Экономия составляет примерно 50%, что само по себе является весьма большим плюсом. Кстати, с учётом потребности конкретного производства существует возможность регулирования энергии, которая потребляется в процессе работы оборудования.
Суть работы данного устройства заключается в принципе двойного преобразования напряжения. Сама суть может быть описана посредством расписывания всего двух пунктов, что позволит проследить и осознать весь принцип:
- Напряжение сети подвергается выпрямлению и фильтрации системой конденсаторов.
- После этого в работу вступает непосредственно электронное управление , что заключается в образовании тока с частотой, которая была заранее запрограммирована.
На выходе выдаются прямоугольные импульсы, которые поддаются воздействию обмотки статора двигателя, после чего они становятся близкими к синусоиде.
Выбор частотника
Производители таких приборов делают упор на стоимость частотных преобразователей. Из этого следует, что многие опции, которые имеются у более дорогих моделей, на дешёвых моделях преобразователей уже не будут присутствовать. Перед выбором нужного прибора следует обратить внимание на технические характеристики всех имеющихся моделей, представленных в ассортименте, а также на основные требования для конкретного использования.
- Управления может осуществляться двумя способами : векторным и скалярным. Векторное управление предоставляет возможность точной регулировки. Принцип работы скалярного управления заключается в поддержании одного соотношения между напряжением и частотой на выходе, заданного пользователем. Скалярное управление не подходит для сложных устройств и используется на более простых устройствах вроде вентилятора.
- Чем выше указанная в характеристиках мощность , тем выше универсальность преобразователя. Это означает, что это обеспечит взаимозаменяемость. К тому же обслуживание такого устройства будет проще.
Непременно следует обратить внимание на указанный диапазон напряжения сети
. Он должен быть максимально широким, что обеспечит безопасность при перепадах его норм. И нельзя не упомянуть тот факт, что повышение намного опаснее, чем понижение. При повышении могут взорваться сетевые конденсаторы.- Указанная частота обязательно должна соответствовать всем производственным потребностям . На диапазон регулирования скорости привода указывает нижний предел. При надобности в более широком следует прибегнуть к векторному управлению. Практическое применение предусматривает применение таких частот, как: от 10 до 60 Гц. Редко, но встречаются и до 100 Гц.
- Осуществление управление предусматривает использование различных входов и выходов . Чем их больше, тем, конечно же, лучше. Но нужно брать вниманию, что при большем количестве входов и выходов, значительно увеличивается стоимость частотного преобразователя, а также усложняется его настройка.
- Внимание также следует обратить и на шину управления подключаемого оборудования . Она должна совпадать с возможностью схемы частотника по количеству входов и выходов. Также не стоит забывать о том, что лучше иметь в наличии небольшой запах для возможной модернизации.
Не стоит забывать и о перегрузочных возможностях устройства
. Рекомендуется выбирать частотный преобразователь, обладающий мощность, которая будет на 15 % больше мощности используемого двигателя. Настоятельно рекомендуется прочесть инструкции, прилагающуюся к частотнику в комплекте. Производители непременно указывают в документации к устройству все его основные параметры. В том случае, если важны пиковые нагрузки, то следует обратить при выборе устройства внимание на реальные показатели тока и величины, указанные в качестве пиковых. В этом случае нужно выбрать преобразователь с показателями пикового тока, которые будут на 10% выше, чем указанные в документации.
Подключение частотного преобразователя к электродвигателю
- Для однофазной проводки (220 В) , то есть для использования в домашних условиях, подключение должно осуществляться пользователем путём выполнения схемы «треугольник». Ток на выходе ни в коем случае не должен превышать 50% от номинального! Это очень важно!
- Для промышленного использования (трёхфазная проводка на 380В) рекомендуется осуществление подключения частотного преобразователя к двигателю по схеме «звезда».
Клеммы
Частотный преобразователь имеет определённое количество клемм, которые обозначены разными буквами, и которые нужны для разных подключений:
Для того чтобы продлить срок эксплуатации преобразователя, следует выполнять ряд требований и следовать советам, которые помогут продлить жизнь устройству:
Управление асинхронным двигателем - процесс совсем не лёгкий. Требуется обладать определёнными знаниями, чтобы успешно осуществлять все манипуляции, предполагающие как подключения, так и мероприятия по эксплуатации.
Преобразователи, которые были произведены кустарно, вполне могут быть использованы в домашних условиях и в бытовых целях. К тому же стоят такие частотники существенно меньше, чем промышленные аналоги. Но на для работы на производстве крайне не рекомендуется использовать такие преобразователи. Для таких условий следует выбирать частотники, которые были собраны на заводах. Работу на таких устройствах и их обслуживание следует доверить персоналу, который хорошо разбирается в данных устройствах и обладает достаточными знаниями для того, чтобы работать с частотниками.
Выводы
Асинхронные электродвигатели по многим параметрам превосходят двигатели постоянного тока. Превосходство это касается и устройства и надёжности. Поэтому во многих случаях пользователи выбирают именно асинхронные двигатели, руководствуясь именно соображениями насчёт их превосходства над другими устройствами.
Механическое управление током вызывает некоторые негативные последствия, так как при использовании этого варианта управления нельзя быть уверенным в стопроцентной и качественной работе оборудования. Использование частотных преобразователей для асинхронных двигателей имеет свои очень важные преимущества, которые немаловажны во многих аспектах работы с двигателями. Одним из самых главных плюсов использования электронного управления и частотников является тот факт, что эти устройства позволяют экономить расход потребляемой электроэнергии. К тому же и мощность будет больше.
Частотники следует выбирать, беря во внимание множество характеристик, которые прописываются в документации, приложенной к устройству. Частотные преобразователи, сделанные кустарно, могут пригодиться в бытовых условиях, но на производстве их использовать не стоит.
Эксплуатация преобразователей должна проводиться грамотно, в соответствии со всеми рекомендациями и правилами. Это позволит улучшить качество работы оборудования. К тому же многие советы позволят продлить работу двигателю и преобразователю. Крайне рекомендуется следить за напряжением. В случае критического повышения напряжения могут взорваться конденсаторы. Частотники должны быть использованы с оглядкой на все основные правила безопасности. Рекомендуется не браться за работу с ними в отсутствие всех необходимых знаний в этой области.
Содержание:Трехфазные асинхронные двигатели нашли самое широкое применение в промышленности и других областях. Современное оборудование просто невозможно представить без этих агрегатов. Одной из важнейших составляющих рабочего цикла машин и механизмов является их плавный пуск и такая же плавная остановка после выполнения поставленной задачи. Такой режим обеспечивается путем использования преобразователей частоты. Эти устройства проявили себя наиболее эффективными в больших электродвигателях, обладающих высокой мощностью.
С помощью преобразователей частоты успешно выполняется регулировка пусковых токов, с возможностью контроля и ограничения их величины до нужных значений. Для правильного использования данной аппаратуры необходимо знать принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя. Его применение позволяет существенно увеличить срок службы оборудования и снизить потери электроэнергии. Электронное управление, кроме мягкого пуска, обеспечивает плавную регулировку работы привода в соответствии с установленным соотношением между частотой и напряжением.
Что такое частотный преобразователь
Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.
Преобразователи частоты нередко . Их основной принцип действия заключается в выпрямлении переменного напряжения промышленной сети. Для этого применяются выпрямительные диоды, объединенные в общий блок. Фильтрация тока осуществляется конденсаторами с высокой емкостью, которые снижают до минимума пульсации поступающего напряжения. В этом и заключается ответ на вопрос для чего нужен частотный преобразователь.
В некоторых случаях в схему может быть включена так называемая цепь слива энергии, состоящая из транзистора и резистора с большой мощностью рассеивания. Данная схема применяется в режиме торможения, чтобы погасить напряжение, генерируемое электродвигателем. Таким образом, предотвращается перезарядка конденсаторов и преждевременный выход их из строя. В результате использования частотников, асинхронные двигатели успешно заменяют электроприводы постоянного тока, имеющие серьезные недостатки. Несмотря на простоту регулировки, они считаются ненадежными и дорогими в эксплуатации. В процессе работы постоянно искрят щетки, а электроэрозия приводит к износу коллектора. Двигатели постоянного тока совершенно не подходят для взрывоопасной и запыленной среды.
В отличие от них, асинхронные двигатели значительно проще по своему устройству и надежнее, благодаря отсутствию подвижных контактов. Они более компактные и дешевые в эксплуатации. К основному недостатку можно отнести сложную регулировку скорости вращения традиционными способами. Для этого было необходимо изменять питающее напряжение и вводить дополнительные сопротивления в цепь обмоток. Кроме того, применялись и другие способы, которые на практике оказывались неэкономичными и не обеспечивали качественной регулировки скорости. Но, после того как появился преобразователь частоты для асинхронного двигателя, позволяющий плавно регулировать скорость в широком диапазоне, все проблемы разрешились.
Одновременно с частотой изменяется и подводимое напряжение, что позволяет увеличить и коэффициент мощности электродвигателя. Все это позволяет получить высокие энергетические показатели асинхронных двигателей, продлить срок их эксплуатации.
Принцип действия частотного преобразователя
Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.
В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения. Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах. Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.
Управление асинхронными двигателями осуществляется двумя способами:
- Скалярное управление действует в соответствии с линейным законом, согласно которому амплитуда и частота находятся в пропорциональной зависимости между собой. Изменяющаяся частота приводит к изменениям амплитуды поступающего напряжения, оказывая влияние на уровень крутящего момента, коэффициент полезного действия и коэффициент мощности агрегата. Следует учитывать зависимость выходной частоты и питающего напряжения от момента нагрузки на валу двигателя. Для того чтобы момент нагрузки был всегда равномерным, отношение амплитуды напряжения к выходной частоте должно быть постоянным. Данное равновесие как раз и поддерживается частотным преобразователем.
- Векторное управление удерживает момент нагрузки в постоянном виде во всем диапазоне частотных регулировок. Повышается точность управления, электропривод более гибко реагирует на изменяющуюся выходную нагрузку. В результате, момент вращения двигателя находится под непосредственным управлением преобразователя. Нужно учитывать, что момент вращения образуется в зависимости от тока статора, а точнее - от создаваемого им магнитного поля. Под векторным управлением фаза статорного тока изменяется. Эта фаза и есть осуществляющий непосредственное управление моментом вращения.
Настройка частотного преобразователя для электродвигателя
Для того чтобы преобразователь частоты для асинхронного двигателя в полном объеме выполнял свои функции, его необходимо правильно подключить и настроить. В самом начале подключения в сети перед прибором размещается автоматический выключатель. Его номинал должен совпадать с величиной тока, потребляемого двигателем. Если предполагается эксплуатировать в трехфазной сети, то автомат также должен быть трехфазным, с общим рычагом. В этом случае при коротком замыкании на одной из фаз можно оперативно отключить и другие фазы.
Ток срабатывания должен обладать характеристиками, полностью соответствующими току отдельной фазы электродвигателя. Если частотный преобразователь планируется использовать в однофазной сети, в этом случае рекомендуется воспользоваться одинарным автоматом, номинал которого должен в три раза превышать ток одной фазы. Независимо от количества фаз, при установке частотника, автоматы не должны включаться в разрыв заземляющего или нулевого провода. Рекомендуется использовать только прямое подключение.
При правильной настройке и подключении частотного преобразователя, его фазные провода должны соединяться с соответствующими контактами электродвигателя. Предварительно обмотки в двигателе , в зависимости от напряжения, выдаваемого преобразователем. Если оно совпадает с меньшим значением, указанным на корпусе двигателя, то применяется соединение треугольником. При более высоком значении используется схема «звезда».
Далее выполняется подключение частотного преобразователя к контроллеру и пульту управления, который входит в комплект поставки. Все соединения осуществляются в соответствии со схемой, приведенной в руководстве по эксплуатации. Рукоятка должна находиться в нейтральном положении, после чего включается автомат. Нормальное включение подтверждается световым индикатором, загорающимся на пульте. Для того чтобы преобразователь заработал, нажимается кнопка RUN, запрограммированная по умолчанию.
После незначительного поворота рукоятки, двигатель начинает постепенно вращаться. Для переключения вращения в обратную сторону, существует специальная кнопка реверса. Затем с помощью рукоятки настраивается нужная частота вращения. На некоторых пультах вместо частоты вращения электродвигателя, отображаются данные о частоте напряжения. Поэтому рекомендуется заранее внимательно изучить интерфейс установленной аппаратуры.
Частотные преобразователи для асинхронных двигателей
Благодаря частотным преобразователям, работа современных асинхронных двигателей отличается высокой эффективностью, устойчивостью и безопасностью. Это особенно важно, поскольку каждый электродвигатель отличается индивидуальными особенностями режима работы. Поэтому оптимизации параметров питания агрегатов с использованием преобразователей частоты придается большое значение. Когда частотный преобразователь выбирается для каких-либо конкретных целей, в этом случае должны обязательно учитываться его рабочие параметры.
Нормальная работа устройства будет зависеть от типа электродвигателя, его мощности, диапазона, скорости и точности регулировок, а также от поддержания стабильного момента вращения вала. Эти показатели имеют первостепенное значение и должны органично сочетаться с габаритами и формой аппарата. Следует обратить особое внимание на то, как расположены элементы управления и будет ли удобно им пользоваться.
Выбирая устройство, необходимо заранее знать, в каких условиях оно будет эксплуатироваться. Если сеть однофазная, то и преобразователь должен быть таким же. То же самое касается и трехфазных аппаратов. Многое зависит от мощности асинхронных двигателей. Если при запуске на валу необходим высокий пусковой момент, то и частотный преобразователь должен быть рассчитан на большее значение тока.
Правильный выбор преобразователя частоты позволит сократить текущие производственные расходы и, одновременно, повысить производительность технологического оборудования.
Преимущества использования частотных преобразователей
- экономичное потребление энергоресурсов;
- минимальные затраты на техническое обслуживание при соблюдении требований, установленных производителем;
- повышение качества оперативного управления действующими мощностями;
- постоянный контроль за важными технологическими процессами;
- увеличение эксплуатационного ресурса электроприводов и другой сложной техники, в среднем, на 35%.
Критерии выбора
К сожалению, четкого перечня критериев, позволяющих выбрать преобразователь частоты , не существует. Это объясняется спецификой разных типов промышленного оборудования. Для каждой единицы техники, эксплуатируемой на заводах, фабриках, предприятиях малого бизнеса, действуют свои условия и ограничения. Поэтому выбор технических параметров преобразователя частоты в каждом случае индивидуален.
Ключевой критерий – тип исполнительного механизма. Сориентироваться в остальных параметрах помогут универсальные рекомендации, приведенные ниже.
Мощность
Важнейшим параметром электропривода является его мощность. Именно поэтому перед тем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя, следует определиться с нагрузочной способностью оборудования. Мощностные показатели ПЧ должны соответствовать значению номинальной мощности двигателя. При этом нагрузка на валу не должна подвергаться динамическим изменениям. Другими словами, частотник подбирается, исходя из следующих параметров:
- максимального значения тока, потребляемого электроприводом от частотника;
- перегрузочной способности преобразователя;
- планируемого типа нагрузки;
- уровня, длительности и частоты появления перегрузок.
Питающее напряжение
Не менее важным является и такой показатель, как питающее напряжение. Как правило, оборудование запитывается от трехфазной промышленной электросети напряжением 380 В. Также встречаются приводы, адаптированные для работы от однофазной сети 220/240 В.
Кроме того, на данный момент в каталогах производителей имеются модернизированные серии приводов, предназначенные для эксплуатации в высоковольтных сетях. Мощность такого оборудования измеряется в мегаваттах.
Диапазон регулирования
В случае, когда показатели скорости вращения электродвигателя не опускаются ниже 10% от номинала, подбор преобразователя частоты не предусматривает соблюдения каких-либо специальных условий. Однако в ситуации, требующей дальнейшего снижения скорости при соблюдении номинального крутящего момента на валу, важно убедиться в том, что ПЧ сможет обеспечить работу на частотах, приближенных к нулю.
Режим торможения
Инерционное торможение по своим характеристикам схоже с отключением электродвигателя от питающей сети. Оба процесса могут занять немало времени, но, правильно подобрав преобразователь частоты и опции к нему, можно выполнить останов или торможение двигателя с переходом на более низкую скорость за короткий промежуток времени.
Способы управления электродвигателем
Ряд механизмов предусматривают эксплуатацию с управлением от задающего сигнала при условии плавного изменения оборотов электрического двигателя. Иногда необходима работа на фиксированных скоростях. Оба этих момента предусматривают управление как с пульта управления преобразователя частоты, так и с применением клемм цепей управления ПЧ, кнопок, потенциометров, переключателей, устройств автоматики.
Все вышеперечисленные аспекты выбора частотника не являются исчерпывающими. При подборе также важно учитывать наличие функции индикации параметров, полноту защитных функций, особенности монтажа и установки ПЧ, возможность автоматической настройки, условия использования устройства, наличие различных интерфейсов связи.
Другие полезные материалы:
Критерии выбора частотных преобразователей
На сегодняшний день двигатели асинхронного типа с короткозамкнутым ротором можно отнести к категории самых надежных и дешевых электродвигателей. Именно по этим причинам асинхронные электродвигатели в последнее время настолько активно стали использовать в промышленности. Но, как говорится, в нашем мире невозможно достигнуть идеала, и, к сожалению, данный электродвигатель не является исключением. Главных недостатков у асинхронного электродвигателя всего два. Первый заключается в том, что скорость электродвигателя не удается регулировать простым способом, а, как следствие, и производительность всего механизма. Конечно же, данную проблему можно решить. Например, в промышленных механизмах применяют редукторы различного рода, в вентиляторах используют заслонки и шибера, а в насосах - специальные задвижки, которые ограничивают поток жидкости. Но следует помнить, что все данные варианты имеют и свои минусы: одни ненадежны, другие не экономичны, третьи же способны обеспечить только необходимость остановки всего механизма для осуществления переключения и итоговый набор скоростей и т.п. Вторым недостатком асинхронных электродвигателей можно назвать то, что они обладают достаточно большим пусковым током, который превышает номинальный в 5-7 раз, и моментом, который при пуске приводит к ударным механическим нагрузкам. Как следствие, требуется применять коммутационную аппаратуру, которая будет более устойчивой, и приходится прибегать к помощи разнообразных демпфирующих устройств.
После того, как специалисты много лет бились над решением этой проблемы, как результат был разработан прибор, который обладает оптимальными функциями. Он обеспечивает возможность осуществления постоянного регулирования скорости электронным методом и плавного запуска. Как известно, по определению, электронный способ считается более надежным по сравнению с механическим. Прибор, о котором идет речь, получил широко известное название - "преобразователь частоты".
Ниже будут рассмотрено использование преобразователей частоты по категориям популярности их применения (от большего к меньшему):
Насосное применение преобразователей частоты
Мощность, потребляемая насосами, пропорциональна кубу скорости их вращения. С учетом этого, по сравнению с методом, когда для регулирования мощности на трубе используются заслонки, применение частотных преобразователей на насосах влечет за собой экономию по электроэнергии до 30%, а то и больше. Такой показатель экономии позволяет окупить внедрение преобразователя частоты за период около года. Помимо этого параллельно решается и проблема гидравлических ударов: когда работает преобразователь частоты, то остановка и пуск насоса происходят очень плавно. Современные преобразователи, которые предлагают ведущие фирмы, имеют собственную систему управления, которая позволяет управлять целой группой насосов. Иными словами, практически возможно построить целую насосную станцию, при этом не используя вспомогательного контроллера.
Вентиляторное применение преобразователей частоты
Все, что выше было рассмотрено для насосов, относится в полной мере и к вентиляторам. Как правило, экономия по электроэнергии в работе вентиляторов еще больше, потому что достаточно часто используются двигатели повышенной мощности для того, чтобы обеспечить прямой пуск тяжелых вентиляторов. Таким образом, при осуществлении проектирования новых установок с учетом использования частотных преобразователей можно использовать двигатели малой мощности, а при осуществлении модернизации уже используемых установок за счет уменьшения потерь холостого хода выходит дополнительная экономия.
Применение преобразователей частоты в транспортерах
На транспортерах благодаря регулированию становится возможной адаптация скорости перемещения к скорости технологического процесса в целом, даже не смотря на то, что в общем случае эта скорость не является постоянной. Ресурс механизмов значительно повышается благодаря плавному пуску. Причиной этого является то, что в момент пуска полностью отсутствуют ударные нагрузки в процессе выбора люфтов.
Принцип действия преобразователей частоты
Если обратить внимание на рис. 1, то можно увидеть, что конденсаторы сглаживают, выпрямляют переменное напряжение сети, а потом выходной генератор из постоянного полученного напряжения формирует уже напряжение требуемой и амплитуды и частоты.
Схематически это формирование отражено рис. 2 и происходит достаточно своеобразно: по факту генератор просто закрывает и открывает требуемые выходные ключи. Таким образом, формируется последовательность импульсов разнообразной ширины, при этом результат совсем не похож на синусоиду. Но так как в работе принимает участие и двигатель, то за счет его индуктивности происходит сглаживание кривой тока, который пропорционален среднему значению напряжения. Именно по этой причине без специальных мер по безопасности от преобразователя частоты не стоит запитать какие-либо другие нагрузки.
По рассматриваемой силовой схеме собрано основное количество преобразователей частоты, которые сейчас можно найти на рынке. Все основные отличия заключаются в функционале системы управления. Эти функции можно условно подразделить на три категории:
- обеспечение защиты сети, двигателя и непосредственно самого преобразователя частоты;
- управление силовыми ключами выходного генератора;
- система обмена данными с внешним миром.
Критерии выбора преобразователей частоты
Так как мы все равно затронули тему рынка, то следует четко осознавать, что главная задача любого производителя заключается в том, чтобы успешно продать свою продукцию. Поэтому из всего имеющегося списка возможностей в свой прибор производитель включает только те функции, за которые, по мнению производителя, готов заплатить пользователь. Также некоторое количество функций могут быть реализованы в виде дополнительных опций, которые потребитель может добавить при оформлении заказа. Именно на этом этапе имеет место быть первый компромисс, который заключается в следующем: чем большим количеством функций обладает базовая версия прибора, тем меньше стоит любая из них, но тем выше стоимость всего прибора целиком. Это правило действует и в противоположном направлении, чем больше функций производитель предлагает в виде дополнительных опций, тем меньше стоимость базовой версии прибора, но тем больше придется заплатить за каждую дополнительную возможность и тем ниже надежность всего прибора в целом. На уменьшение надежности в данном случае влияет усложнение охлаждения, наличие проводов и разъемов и т.д. Также следует отметить, что число опций, которые могут быть подключены одновременно, является ограниченным. Иными словами, следует выбирать тот прибор, в базовый вариант которого уже заложено большинство требуемых функций, а пару опций вполне можно заказать и в дополнение.
Подытожим, на что же требуется в первую очередь обращать внимание для того, чтобы сделать оптимальный выбор? Сразу же оговоримся, что в данном случае выбор мы будем рассматривать, основываясь на технических соображений. Итак, следует выбрать несколько моделей, которые бы отвечали в первую очередь техническим требованиям, и только после этого из них уже выбрать ту, которая будет соответствовать и другим критериям, например, уровню сервиса, срокам поставки, надежности, цене, и т.п.
Первоначально нужно отбросить те серии преобразователей, которые явно не подходят по каким-либо параметрам, например, отсутствуют модели требуемой мощности, модели выполнены в открытом исполнении, которое предназначено для встраивания и т.д.
В соответствии с типом механизма следует определиться и с методом управления. Способ управления может быть скалярным или векторным. Основная часть преобразователей частоты, которые представлены на современном рынке, реализуют на практике тот или другой метод векторного управления двигателем (векторные переменные двигателя управляются раздельно). В случае необходимости данные преобразователи могут также работать и в скалярном режиме, который является более простым (отношение выходного напряжения к частоте поддерживается неизменным). Такого режима работы вполне хватит для каких-то не очень сложных приводов, например, конвейеров, насосов, транспортеров, вентиляторов и т.д. Зато большим преимуществом скалярного способа управления является возможность управления более мощными двигателями, используя те же силовые элементы.
Следует сказать, что на современном рынке почти не осталось таких преобразователей, которые бы не имели векторного управления, соответственно, очень большого значения наличию «не требующегося» векторного управления придавать не следует, в любом случае его можно будет просто-напросто отключить.
Мощностной ряд
Если необходимое число преобразователей уже определено, то было бы хорошо, если бы в ряду были подобраны модели для всех требуемых мощностей. В таком случае будет проще обеспечить унификацию в наиболее широком значении этого слова - от опционных компонентов и запасных частей до упрощения работы персонала по обслуживанию. В ситуации, когда процесс перехода на регулируемый привод не имеет видимых ограничений, тогда лучше выбрать ряд с наиболее широким интервалом мощностей. Это обусловлено теми же соображениями, которые уже были описаны выше.
Диапазон входного напряжения
Эта характеристика определяет уровень напряжения в сети при котором работоспособность преобразователя сохраняется. Следует узнать, какое именно напряжение может возникнуть в сети питания. Тут следует уточнить, что речь идет именно о том напряжении, которое может быть, а не о том, которое должно быть. Требуется выбирать прибор так, чтобы преобразователь смог пережить это напряжение. При этом надо помнить, что следствием пониженного напряжения будет просто остановка (а у достаточно хороших моделей вообще только пропорциональное снижение скорости), а вот повышение уровня напряжения выше допустимого может привести к неработоспособности прибора в целом.
Диапазон изменения частоты
При применении двигателей с высокими номинальными частотами 200…1000 Гц важно знать верхний предел диапазона. Как правило, к таким приборам относятся механизмы с очень высокими скоростями, например, шлифовальные машины, центрифуги и т.д. Требуется убедиться, что преобразователь выдает на выходе именно ту частоту, на которую рассчитаны механизм и двигатель. Нижним пределом определяется интервал регулирования скорости. В случае, если большой диапазон (более 1:10) не требуется, то можно и вовсе игнорировать это. Если такой диапазон требуется, тогда даже тот нижняя граница заявленного диапазона 0 Гц не сможет стопроцентно гарантировать устойчивую работу. В такой ситуации вопрос регулирования частоты нужно выяснять с производителем особо. Кстати говоря, в этом случае, как правило, требуется векторный способ управление.
Число управляющих входов
Дискретные входы требуются для ввода разнообразных команд, например, выбор фиксированной скорости, пуск, реверс, стоп, изменение задания, аварийная остановка и т.д. Входы, как правило, программируются самим пользователем. Аналоговые входы требуются для обратной связи и ввода сигналов задания (как правило 0-10 В или 4-20 мА). Цифровые входы используются для ввода сигналов высокой частоты от датчиков скорости и положения, которые носят название энкодеров. Большое число входов требуется тогда, когда разработчик планирует построение достаточно сложной системы управления, в которой будет присутствовать множество управляющих сигналов. Но, к сожалению, заранее однозначно утверждать, хватит или не хватит входов достаточно сложно, поэтому, чем большим числом входов обладает модель, тем лучше, но и полностью отказываться от приглянувшейся модели из-за маленького числа входов не нужно.
Число выходных сигналов
Дискретные выходы тоже применяются для построения достаточно сложных систем, например, насосных станций, а также для вывода сигналов о разнообразных событиях. Аналоговые же выходы требуются для осуществления питания устройств отображения и опять-таки для построения систем автоматизированного управления. Мы можем сказать, что рекомендации по выбору по этому критерию аналогичные входу.
Способ управления
Речь в данной ситуации пойдет об оперативном управлении. Иными словами о том, как будет производиться управление приводом в режиме работы. Управление может выполняться через входы управления с выносного или встроенного пульта или же по шине последовательной связи (от контроллера или компьютера). Кроме этого достаточно часто допускается переключаемое или комбинированное управление. Так что выбор того, чем пользоваться остается за потребителями.
Гарантийный срок
Этот показатель позволяет косвенно оценить надежность техники, в особенности импортной, так как организовать сервисную службу в России - это достаточно затратное в финансовом плане и, кроме того, еще и хлопотное мероприятие. Однако, следует отметить, что, как показывает опыт, в России подавляющее число выходов преобразователей частоты из работоспособного состояния происходит по двум причинам. Первая это некачественное электроснабжение, а вторая - из-за так называемого «человеческого фактора». Ясно, что данные случаи никоим образом не попадают под определение гарантийных.
Итак, в случае, если нет каких-нибудь специфических требований, то на данном этапе выбор серии можно считать завершенным. Следующим шагом будет выбор конкретной модели в линейке частотных преобразователей. Примем условно, что двигатель как таковой уже выбран, хотя чаще он уже даже и установлен. Первоначально преобразователь подбирается в соответствии с мощностью двигателя: мощность преобразователя должна быть равна или больше мощности двигателя. На этом этапе, как правило, большинство поставщиков и, к сожалению, проектировщиков останавливаются, так как подобрать прибор по одному параметру в силах любого. Но тут нужно помнить, что нельзя исключать досадные ошибки, которые приводят или к периодическим отказам прибора, или к невозможности претворения в жизнь требуемых рабочих алгоритмов, или даже к полному выходу прибора из строя. По этой причине на следующем этапе выбора стоит уделить внимание такому критерию, как токовые характеристики. Номинальный ток преобразователя должен быть больше или равен номинальному току двигателя.
Следует уточнить, что речь идет не об измеренном, а именно о номинальном токе двигателя, который указан на шильдике или в паспорте. Подавляющее большинство двигателей применяются для того, чтобы привести в действие вентиляторы и насосы и вентиляторы. Для такого применения на данном этапе выбор можно и закончить, так как перегрузки таких приводов минимальны.
Для остальных приводов требуется осуществлять выбор дальше. Следующий этап заключается в выборе по уровню перегрузок. Требуется, чтобы преобразователь допускал токи перегрузок, которые допустимы и для механизма, и для двигателя. Тут придется обратиться к документации. Как правило, при составлении описания механизма указывают токи перегрузок и длительность их протекания. В случае, если этого нет, например, документация плохая или полностью отсутствует, тогда можно просто-напросто померить ток во время всех режимов работы механизма (кроме пуска, так как это особый случай; но, к счастью, на выбор преобразователя режим пуска влияет крайне редко). Более простой способ выбора по данному критерию - это по таблицам применений, которые предоставляются серьезными поставщиками, подобрать аналогичный механизм и выяснить его уровень перегрузок. В данных, которые предоставляются на преобразователь, как правило, указывается максимальный ток, который способен выдавать преобразователь в течение некоторого времени, как правило, 1-2 минут. Данный ток должен быть выше тока перегрузок механизма, а допустимое время его протекания – время действия перегрузок.
В ситуациях, когда для проектируемого привода также возможны и ударные нагрузки, тогда следует подбирать преобразователь еще и по критерию пикового тока. Преобразователь должен допускать токи пиковых нагрузок, которые допустимы и для механизма, и для двигателя.
Пиковыми нагрузками называются те нагрузки, которые действуют в течение 2-3 секунд. Примером пиковых нагрузок может послужить ток привода ковша экскаватора, который попал на камень. Если этот режим не будет учтен, то привод в такой ситуации просто остановится, хотя двигатель и мог бы справиться с таким препятствием, но ему потребовался бы очень большой ток, но всего на мгновение. А вот преобразователь такой ток дать просто не смог. Сложность выбора преобразователей частоты состоит еще и в том, что далеко не все преобразователи могут на практике реализовать короткие броски тока выше максимального значения, а если и могут, то далеко не все производители указывают этот параметр. В такой ситуации требуется искать преобразователь, максимальный ток которого превосходит пиковый ток нагрузки.
Итак, надо четко помнить, что при подборе преобразователя по токовым характеристикам требуется, чтобы он соответствовал трём требованиям, а вот такими характеристиками, как мощностные, можно и пренебречь.