Що необхідно знати для вибору перетворювача частоти?

Потужність частотного перетворювача

Потужність є одним з найбільш основних параметрів електропривода. При виборі частотного перетворювача, в першу чергу, слід визначитися з його навантажувальною здатністю. Згідно з наявною номінальною потужністю двигуна вибирається перетворювач частоти, розрахований на таку ж потужність. І такий вибір буде правильним за умови, що навантаження на валу не буде динамічно змінюватися, струм не буде значно перевищувати номінальне встановлене значення, як для даного двигуна, так і перетворювача. Тому більш коректним було б проводити вибір по максимальному значенню струму, споживаного двигуном від частотного перетворювача з урахуванням перевантажувальної здатності останнього. Зазвичай здатність до перевантажень вказується у відсотках від номінального струму спільно з максимально допустимим часом дії даної перевантаження до активації безпосереднього захисту. Таким чином, для правильного вибору потрібно знати характер перевантажень саме вашого механізму, зокрема: який рівень перевантажень, яка їх тривалість і як часто вони з'являються.

Напруга мережі

Так само важливим є питання про живлячій напрузі. Найбільш поширений випадок - це живлення від трифазної промислової мережі 380В, але можливі варіанти, коли привід розрахований на роботу від однофазної мережі 220-240В. Як правило, останній обмежується рядом потужностей до 3,7 кВт. Існують варіанти і високовольтного приводу, що дають можливість керувати більш потужними двигунами, з потужностями измеряющимися вже МВт, при відносно менших значення струму. Кожен з варіантів застосовується для різного роду рішень, і залежить як від можливостей електропостачання, так і від ряду можливостей зумовлених застосуванням відповідного приводу.

Діапазон регулювання частоти

Якщо швидкість не буде падати нижче 10% від номінальної, то підійде практично будь-частотний перетворювач двигуна, але якщо потрібно знижувати швидкість і далі, забезпечуючи при цьому номінальний момент на валу, потрібно переконатися в здатності частотного перетворювача двигуна забезпечити роботу на частотах, близьких до нуля. Крім того, з діапазоном регулювання частоти обертання пов'язаний ще одне питання, яке потребує вирішення, - охолодження двигуна. Зазвичай асинхронний двигун (з самовентиляцією) охолоджується вентилятором, закріпленим на його валу, тому при зниженні швидкості ефективність охолодження різко падає. Деякі перетворювачі частоти забезпечені функцією контролю теплового режиму з допомогою зворотного зв'язку через датчик температури встановленого на самому двигуні. Існують і інші варіанти вирішення даного питання, але вже без використання частотного перетворювача.

Необхідність режиму гальмування

Гальмування вибігу (інерційне гальмування), аналогічно відключення двигуна від мережі, при цьому процес може зайняти тривалий час. Особливо якщо це високоінерційнs механізми. З допомогою частотного перетворювача можна здійснити зупинку або гальмування двигуна з переходом на більш низьку швидкість роботи за більш короткий проміжок часу. Можливо кілька варіантів:

• віддати в мережу електроенергію (режим рекуперативного гальмування);
• виконати зупинку подачею на обмотки статора напруги більш низької частоти або напруги постійного, тоді надлишок накопиченої кінетичної енергії виділяється у вигляді тепла через радіатори перетворювача частоти і сам двигун (режим гальмування постійним струмом);
• виконати зупинку або гальмування з використанням гальмівного переривника і комплекту гальмівних резисторів

Доцільність застосування того чи іншого методу розглядається переважно з точки зору економічної вигоди. Так рекуперація в мережу більш вигідна в плані економії електроенергії, привід з використанням гальмівного опору - більш дешеве технічне рішення, гальмування двигуном взагалі не вимагає додаткових витрат, але в свою чергу можливо лише при малих потужностях.

Способи управління двигуном

Деякі механізми можуть управлятися від задаючого сигналу на умовах плавної зміни обертів двигуна, а в деяких випадках потрібна робота на фіксованих швидкостях. Причому і в тому і в іншому випадку можливе управління, як з пульта керування перетворювача, так і з використанням клем ланцюгів керування перетворювача, кнопок, перемикачів та потенціометрів. При реалізації останнього варіанту необхідно переконатися в достатній кількості необхідних входів. У разі використання зовнішнього керуючого пристрою (контролера, логічного реле тощо), необхідно переконатися в погодженні за технічними параметрами. Зазвичай це струмові або вольта сигнали з діапазонами 0%и202620мА, 4%и202620мА і 0%и202610В відповідно. Якщо керування перетворювачем відбувається по мережі, то необхідні наявність відповідного інтерфейсу і підтримка відповідного протоколу передачі даних. Управління двигуном може проходити автоматично, для цього необхідно наявність ПІД-регулятора і можливість організувати зворотний зв'язок від датчика контрольованого параметра

Індикація параметрів

В основному будь-перетворювач частоти має панель з дисплеєм і необхідними органами управління для проведення пуско-налагодження та управління частотним перетворювачем. Цей же дисплей в процесі функціонування перетворювача можливо використовувати для відображення яких-небудь параметрів. Дисплеї можуть відрізнятися кількістю рядків, а значить, інформативністю, типом самого дисплея (семисегментний індикаторний або рідкокристалічний). У разі неможливості під час роботи спостерігати параметри на дисплеї самого перетворювача, використовуючи аналогові і дискретні (релейні, транзисторні) виходи, можна вивести необхідну інформацію на пульт дистанційного управління. Крім індикації параметрів (стану «робота», «аварія», «режим гальмування», значення струму навантаження, обороти двигуна, частота і напруга живильної мережі та ін) деякі перетворювачі мають можливість формувати сигнали управління за допомогою тих же аналогових і дискретних виходів, тим самим реалізовувати більш складні системи управління.

Функції захисту

Крім функцій управління на перетворювач частоти зазвичай покладаються функції захисту. Як правило, основним набором є:

• обмеження струму при пуску, при тривалій роботі, при зупинці і короткому замиканні;
• захист від перенапруги і зниженої напруги;
• контроль температури двигуна;
• захист від перегріву радіатора;
• захист вихідних IGBT.

Монтаж і установка частотного перетворювача

Важливим моментом є вибір передбачуваного місця установки перетворювача, а звідси умов його експлуатації:

• обмеження струму при пуску, при тривалій роботі, при зупинці і короткому замиканні
• діапазон робочих температур
• вологість
• висотність
• вібрації
• ступінь захисту (IP)

Компактність в деяких випадках є вирішальним фактором на етапі вибору. Які габарити встановлюється приводу і спосіб установки? Можливо радіатори силової частини перетворювача винести на тильну частину, забезпечивши при менших габаритах шафи достатню вентиляцію? Інформація про умови навколишнього середовища є невід'ємною частиною технічних характеристик, при виборі частотного перетворювача, і не дотримання їх при установці може призвести до виходу з ладу частотного перетворювача. В процесі установки виникає безліч питань, але це одні з перших з якими доводиться зіткнутися.

Функціональні можливості частотного перетворювача

Сучасні перетворювачі частоти мають безліч функціональних можливостей. Перерахуємо часто зустрічаються по мірі їх важливості.

Робота при нестабільному харчуванні. Це актуальне параметр особливо при використанні в Росії. Звідси питання: «який допустимий діапазон живлячої напруги?». Хорошим діапазоном напруги живильної мережі для сучасних перетворювачів є 380-460 В з відхиленням ±10%. Слід уточнити які дії перетворювача при осіданні або повному відключенні живлення на короткий або дуже короткий час? Можливе збереження працездатності з пропорційним зміною швидкості, моменту двигуна, автоматичний перезапуск після відновлення живлення, підхоплення швидкості працюючого двигуна при повторному пуску після зникнення живлення і т. д. Якщо наявні функціональні можливості забезпечують допустимий режим роботи механізму з збереженням його працездатного стану, то можна вважати, що питання про нестабільному харчуванні для вас знято в іншому випадку варто або вирішити питання з електропостачанням, або задуматися про вибір іншого перетворювача.

Виняток роботи на резонансних частотах. Деякі механізми мають власні резонансні частоти при роботі на яких спостерігаються неприпустимі вібрації, що може привести до поломки обладнання. У таких випадках функція виключення неприпустимих частот у перетворювачі дозволить убезпечити від механізм його передчасного виходу з ладу.

Мережевий обмін. Зазвичай потрібно або включити привід в систему автоматичного керування, або передбачити перспективу такого використання перетворювача в майбутньому. Для цього необхідно розібратися зі стандартом і протоколом зв'язку. В даний час існує велика їх різноманітність, що дозволяє зробити роботу в режимі САУ найбільш оптимальною. Відрізнятися вони можуть віддаленістю, кількістю зв'язаних об'єктів і завадостійкістю. Найбільш поширений варіант %u2013 це інтерфейс RS-485 і протокол передачі даних Modbus, але для узгодження роботи в складі системи автоматичного управління це питання слід більш детально у постачальника або виробника.

Автоматична настройка. На сьогоднішній день вибір перетворювачів великий, але ще зустрічаються найпростіші моделі в яких не проводиться налаштування під параметри двигуна, а точніше його обмотки. У більш пізніх моделях потрібно вводити ряд додаткових довідкових даних двигуна. Частотні перетворювачі мають можливість провести так званий ідентифікаційний пуск (режим автоналаштування), при якому ще до пуску, або вже у обертового двигуна параметри обмоток визначаються автоматично. Якщо на выбираемом приводі передбачається реалізувати прецизійну систему управління, то це питання є особливо актуальним.

Принцип управління. У найбільш поширеному частотно-регульований привід на основі асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором застосовуються скалярне і векторне управління. Скалярний управління будується на принципі сталості відношення вихідної напруги перетворювача до його вихідний частоті. Тобто при зміні частоти амплітуда напруги змінюється таким чином, що відношення максимального моменту двигуна до поточного моменту навантаження залишається незмінним. Це відношення називається перевантажувальна здатність двигуна. Важливим достоїнством скалярного методу є можливість одночасного управління групою електродвигунів. Скалярний управління застосовне для більшості практичних випадків використання частотного електроприводу з діапазоном регулювання частоти обертання до 1:40. Векторне управління, в свою чергу, дозволяє істотно підвищити точність підтримки вихідної частоти, точність регулювання швидкості, а також точність підтримки моменту. Так само відмінною особливістю векторного регулювання є можливість керувати моментом на валу електродвигуна при його роботі на частотах близьких до нуля. Можливість використання декількох наборів параметрів. Останнє покоління перетворювачів має функціональну можливість вибирати різні комбінації налаштувань для декількох режимів роботи одного і того ж двигуна або декількох двигунів, мають різні технічні параметри. Кількість функцій, описаних вище - мала частина з їх безлічі, обчислюється вже сотнями в перетворювачах останнього покоління. Вибирати необхідні потрібно виходячи з тих вимог, які диктують передбачувані області їх застосування. Навряд чи етап підбору частотного перетворювача обмежується вирішенням вище зазначених питань, але це ті з них, з якими доводиться зіткнутися на початковому етапі. Вибір частотного перетворювача, як високотехнологічного обладнання, сам по собі не простий і в кінцевому підсумку зводиться до економічної доцільності придбання та використання. Звідси, не варто занадто завищувати вимоги і тим самим переплачувати за непотрібні опції, і в теж час відмовлятися від необхідних, у надії зробити механізм, привід і систему в цілому працездатними.