Как подобрать частотный преобразователь для электродвигателя
Выбор и расчет частотного преобразователя
Выбор и расчет частотного преобразователя
Для уточнения цены преобразователя частоты по параметрам среди различных брендов перейдите в Магазин
Скачать опросный лист на преобразователь частоты
Помощь в подборе ПЧ Жми!
Содержание статьи
Выбор частотного преобразователя
Большинство производителей частотных преобразователей обозначают выходные параметры преобразователя частоты при условиях как квадратичной, так и постоянной нагрузки (легкий (P) и тяжелый (G) режимы). Для начала определимся с этим параметром:
Характеристики нагрузки
Нагрузки можно разделить на два типа:
Квадратичные (насос, вентилятор, дымосос) – легкий режим (P);
Постоянные (все остальные) – тяжелый режим (G);
Различия в нагрузках состоят в следующем:
Когда скорость насоса или вентилятора возрастает, мощность должна возрастать в следующей зависимости от скорости: P=n^3 (кубическая зависимость). Нормальный рабочий диапазон насосов и вентиляторов составляет 30 — 80% от максимальной нагрузки.
Если момент нагрузки постоянный, то момент, вырабатываемый двигателем, должен превышать этот момент нагрузки. Дополнительный момент необходим для разгона.
Если частотный преобразователь допускает кратковременные превышения по моменту +50%, то они используются для разгона и в качестве повышения стартового момента, так как величины 50% для этого уже достаточно. Это может использоваться, например, для запуска ленточных конвейеров. Добавочный момент обеспечивает нормальную работу оборудования при колебаниях нагрузки.
Если преобразователь частоты не приспособлен для работы с избыточным моментом, то он должен быть настроен так, чтобы динамический момент Мдин не превышал номинальный момент Мном.
Что нужно знать для правильного выбора преобразователя частоты?
1. Что такое частотный преобразователь и в каких случаях он применяется
Преобразователь частоты предназначен для управления скоростью вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Внешний вид частотных преобразователей
Частотные преобразователи применяются в следующих случаях:
Кроме основных функций, ПЧ обеспечивает
Все перечисленные параметры (функционал) поддерживают преобразователи частоты ELHART серии EMD-MINI и EMD-PUMP.
2. Подбор частотного преобразователя
2.1 Преобразователь частоты для однофазного двигателя
Стоит обратить внимание, что стандартные частотные преобразователи не предназначены для работы с однофазными двигателями. Почти все представленные на рынке частотные преобразователи предназначены для управления скоростью вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Чаще, когда говорят «однофазный преобразователь частоты», имеют ввиду частотный преобразователь с питанием от однофазный сети напряжением 220В. Такой преобразователь имеет на выходе 3 фазы по 220В и также предназначен для управления трехфазным асинхронным двигателем.
Тем не менее, преобразователи частоты для однофазных двигателей существуют, но встречаются крайне редко.
Рисунок 1 — ПЧ для трехфазного двигателя
2.2 Подбор частотного преобразователя по мощности
При подборе преобразователя в первую очередь нужно ориентироваться на ток и напряжение питания электродвигателя. Эта информация указывается на шильдике двигателя.
Рисунок 2 — Шильдик двигателя
1. Напряжение на обмотках. Двигатель, шильдик которого показан рисунке 2, способен работать при трехфазном напряжении 220В (обмотки должны быть соединены в схему «треугольник») и при трехфазном напряжении 380В (соединение «звезда»). Если на шильдике указано 380/660, то такой двигатель может быть подключен к ПЧ с питанием 220В, но в таком случае не будут обеспечены номинальные характеристики двигателя.
2. Номинальный линейный ток двигателя. Данный двигатель потребляет 1,44А при подключении треугольником (питание 220В) и 0,83А при подключении звездой (питание 380В).
Остальная информация, приведенная на шильдике электродвигателя, не влияет на выбор ПЧ.
Несмотря на указанный на шильдике двигателя ток, наиболее правильным методом определения рабочего тока является его непосредственное измерение при работе двигателя. Это позволит избежать проблем в случае работы двигателя при повышенном токе. Фактический длительный рабочий ток двигателя не должен превышать номинальный выходной ток преобразователя.
Купить частотный преобразователь подобрав его по мощности двигателя не правильно, так как мощность двигателя зависит от КПД и коэффициента мощности (cosφ), а указанная на электродвигателе мощность относится к механической мощности двигателя на валу, а не к потребляемой от источника питания активной мощности, как это принято для других потребителей электроэнергии.
| Двигатель | Мощность, кВт | Об/мин | Ток при Δ220/Y380 В | КПД, % | Коэф. Мощн. | IП/IН |
|---|---|---|---|---|---|---|
| АИР 80 А2 | 1,5 | 3000 | 6,2 / 3,6 | 78,5 | 0,85 | 6,5 |
| АИР 80 В4 | 1500 | 6,8 / 3,9 | 78,5 | 0,80 | 5,3 | |
| АИР 90 L6 | 1000 | 7,3 / 4,2 | 76 | 0,70 | 5,0 |
Двигатель АИР 90 L6 (1000 об/мин) при одинаковой с частотным преобразователем мощности потребляет в номинальном режиме ток 4,2 А при питании 380 В, а преобразователь имеет номинальный выходной ток 4,0 А.
При соединении этого же двигателя в «треугольник» с питанием 220 В номинальный ток составит 7,3А, а преобразователь частоты рассчитан на 7,0А. Следовательно, как при питании 380В, так и при 220В указанный двигатель необходимо подключать к частотному преобразователю мощностью на ступень выше (2,2кВт):
Благодаря частотному преобразователю есть возможность подключать двигатели с «нестандартным» питанием к промышленной сети 220 или 380В. При этом главное, чтобы номинальное напряжение питания двигателя не превышало питание ПЧ, а номинальная частота поддерживалась ПЧ.
Например, машинка для стрижки овец МСУ-200 питается от переменного напряжения 36В частотой 200Гц. Для работы с такой машинкой в настройках преобразователя частоты задается номинальное напряжение питания двигателя — 36В и номинальная частота двигателя — 200Гц.
Несмотря на мощность электродвигателя 115Вт, рабочий ток составляет около 3А. Кроме номинального тока двигателя необходимо учитывать амплитуду, частоту и длительность возможных перегрузок. В моменты перегрузок ток указанной машинки может доходить до 7А.
Частотный преобразователь ELHART EMD-MINI выдерживает перегрузку 150% от номинального тока в течение 60 секунд; EMD-PUMP – 120% в течение 60 секунд.
Следовательно, номинальный ток ПЧ должен быть не менее 7 ÷ 150% = 4,7А. Для подключения к сети 220В выбираем преобразователь частоты ELHART EMD-MINI – 007S (0,75кВт, 5А, 220В). Для подключения к сети 380В выбираем ПЧ ELHART EMD-MINI – 022T (2,2кВт, 5А, 380В).
Обратите внимание: при небольшом запасе по току в данном примере, мощности ПЧ в 6 и 20 раз больше мощности соответствующего двигателя!
2.3 Выбор между векторным и вольт-частотным режимом управления
По режиму управления частотные преобразователи можно разделить на вольт-частотные и векторные. Рассмотрим особенности работы этих режимов.
Вольт-частотный (или скалярный) режим управления ПЧ
Векторный режим управления ПЧ:
Особенности работы векторного режима:
И вольт-частотный и векторный режимы управления при наличии встроенного ПИД-регулятора способны точно поддерживать технологический параметр по датчику обратной связи (скорость, давление, влажность, температуру и другие).
Как правило, для большинства применений достаточно использования вольт-частотного режима. Такими применениями являются насосы, вентиляторы, конвейеры, деревообрабатывающие станки, высокоскоростные шпиндели фрезерных станков, простые куттеры, прессы, упаковочные станки, фасовочные аппараты, дозаторы, компрессоры и другое оборудование.
Векторный режим обычно применяется при работе с подъемно-транспортными механизмами, на дробилках, буровом оборудовании и другими нагрузками, где требуется высокий момент в области низких частот и при запуске, а также нет четкой зависимости момента нагрузки от скорости вращения.
2.4 Поддерживаемые способы управления преобразователем частоты
Так как преобразователь частоты обычно устанавливается в шкаф управления, то для доступа к встроенной панели необходимо каждый раз открывать дверь шкафа (в случае работы в пыльном производстве — мука, пыль, цемент — частое открытие двери недопустимо). Кроме того, часто преобразователь устанавливается рядом с двигателем, а пульт оператора находится в стороне.
С помощью выносного пульта управления EMD-Mini — RCP (не входит в комплект поставки) можно реализовать дистанционное управление преобразователем частоты EMD-Mini на расстоянии до 2 метров. Выносной пульт имеет абсолютно те же функции и возможности, что и панель управления на самом частотном преобразователе.
В частотных преобразователях ELHART серии EMD-PUMP встроенный пульт является съемным и имеет возможность выноса с помощью входящего в комплект двухметрового кабеля.
Для дистанционного управления пуском и остановом двигателя с помощью кнопок и переключателей необходимы дискретные входы.
Наличие аналогового входа позволяет дистанционно осуществлять плавную регулировку оборотов с помощью потенциометра или аналогового сигнала 0. 10В/4. 20мА. Совместно со встроенным ПИД-регулятором аналоговый вход позволяет непрерывно поддерживать значение технологического параметра (давление, расход, температура и т. д.)
Наличие интерфейса RS-485 либо RS-232 позволяет подключиться к верхнему уровню АСУТП.
Программный режим позволяет изменять скорость и направление вращения по заранее заданной программе.
2.5 Подбор частотного преобразователя для насоса
Отдельное внимание стоит уделить частотным преобразователям насосной серии. От остальных преобразователей их отличает заложенный алгоритм работы с несколькими двигателями. А именно: чередование двигателей и каскадный режим. Режим чередования применяется для равномерного износа двигателей. Каскадный режим применяется, когда необходимо с помощью одного частотного регулятора управлять несколькими насосами. Особенность каскадного режима заключается в том, что частотный преобразователь небольшой мощности способен регулировать производительность или давление в широком диапазоне, включая в работу минимально необходимое количество насосов. Преобразователи частоты ELHART EMD-PUMP могут управлять группой от 2 до 7 насосов. Возможна работа с насосами разной мощности, в таком случае мощность ПЧ определяется наиболее мощным насосом.
2.6 Дополнительное оборудование
В некоторых случаях при использовании преобразователя частоты может потребоваться установка дополнительного оборудования:
3. Диапазон регулирования скорости вращения двигателя при использовании преобразователя частоты
3.1 Использование ПЧ для уменьшения скорости вращения двигателя
Для работы на низких частотах (ниже 10-15 Гц) необходимо особое внимание уделить охлаждению двигателя и моменту на валу.
Электродвигатель закрытого типа с вентиляторным охлаждением (TEFC) имеет охлаждение только за счет встроенного вентилятора. Производительность вентилятора охлаждения уменьшается пропорционально скорости вращения двигателя. При занижении оборотов двигателя эффективность охлаждения снижается, что приводит к перегреву двигателя и возможному выходу из строя.
Существует несколько вариантов охлаждения электродвигателя при работе на низких частотах:
Вольт-частотный метод регулирования позволяет сохранять постоянный момент на валу двигателя при различных скоростях. При работе на низких частотах (ниже 5-10 Гц) момент на валу будет зависеть от характеристики конкретного двигателя (активного сопротивления обмоток). Для сохранения момента на частотах ниже 5-10 Гц может потребоваться корректировка минимального напряжения кривой U / f. Увеличение значения напряжения вызовет увеличение пускового момента, но также приведет к увеличению потребляемого тока, а пропорционально увеличению протекающего тока усиливается нагрев. Рекомендуемый диапазон регулирования частоты при вольт-частотном управлении: 5-50 Гц. Преобразователь частоты ELHART EMD-MINI поддерживает регулировку частоты от 0,5 до 999,9 Гц.
Векторный метод регулирования способен более точно поддерживать момент при низких частотах (особенно при изменяющейся нагрузке). Диапазон возможной регулировки шире, чем у вольт-частотного режима и зависит от конкретной модели (фирмы, серии) ПЧ. Для векторного управления рекомендовано использовать преобразователи частоты Delta Electronics серии VFD-E и VFD-C.
Для увеличения пускового момента рекомендуется использовать частотный преобразователь большей мощности (так как преобразователь может обеспечить двигатель только полуторократным током (номинальный ток × перегрузочную способность ПЧ).
3.2 Использование ПЧ для увеличения скорости вращения двигателя
Преобразователь частоты можно использовать для увеличения скорости вращения двигателя выше номинальной. При этом важно учесть, что при увеличении частоты выше номинальной, момент (Т) уменьшается пропорционально квадрату отношения напряжение/частота. При частоте f = 70 Гц момент на валу уменьшается в 2 раза T = 0,5 × Tном; при частоте f = 100 Гц момент уменьшается в 4 раза T = 0,25 × Tном. Следовательно, увеличивается риск перегрузки двигателя. Кроме того, увеличивается нагрузка на подшипники.
Инженер ООО «КИП-Сервис»
Рыбчинский М.Ю.
Как подобрать частотный преобразователь для электродвигателя
Данный раздел посвящен выбору частотных преобразователей и устройств плавного пуска.
Выбор частотного преобразователя
Выбор частотного преобразователя требует обязательно учета всех технические параметров электропривода рассматриваемой системы, таких как:
Помимо указанных Выше основных параметров следует также учесть возможные требования предъявляемые к самой конструкции частотного преобразователя (массогабаритные характеристики), варианту исполнения и степени защиты (IP), наличию пульта управления и др.
Учет технических параметров электропривода
Правильное понимание особенностей системы, в которой будет работать преобразователь частоты позволяет правильно определиться с нужной серией частотного преобразователя и основным функционалом. Различные механизмы в различных системах требуют наличия определенного набора функций у частотного преобразователя. Например, для насоса и тягодутьевой машины момент нагрузки на приводной электродвигатель различны и соответственно оптимальный алгоритм управления этими приводами должен отличаться (см. теория) Многие производители выпускают отдельные серии преобразователей частоты для специального применения (например частотный преобразователь адаптированный для работы с насосами)
Мощность частотного преобразователя
Мощность электропривода, также как и его номинальный рабочий ток является, пожалуй, одним из основных его параметров. Частотный преобразователь выбирается исходя из мощности электродвигателя или его номинального рабочего тока. Выбор ПЧ необходимо осуществлять по величине тока потребляемого двигателем от частотного преобразователя с учетом перегрузочной способности частотника. Обычно перегрузочная способность учитывается совместно с её временем продолжительности перегрузки. Перегрузочная способность определяет время срабатывания непосредственной защиты электропривода и указывается в процентах (%) от номинального тока электродвигателя.
Напряжение питающей сети
В общем случае возможны следующие группы напряжений:
Очень часто преобразователи частоты, работающие от напряжения групп СН-1,2 называют высоковольтными.
Каждый из вариантов применим для различного рода решений, и зависит как от возможностей электроснабжения, так и от ряда возможностей обусловленных применением соответствующего привода.
Диапазон регулирования частоты
Если технологическим процессом предусмотрено снижение частоты вращения не более 10%, то для такого механизма будет применим практически любой частотный преобразователь. Однако в случае требования обеспечить большой диапазон регулирования частоты, необходимо выбирать преобразователь частоты способный обеспечить работу низких частотах. Также необходимо позаботится об охлаждении двигателя. Стандартный асинхронный двигатель охлаждается закрепленным на его валу вентилятором. Соответственно при снижении частоты вращения вала уменьшается охлаждение электродвигателя. Некоторые преобразователи частоты снабжены функцией контроля теплового режима. Однако возможны варианты где потребуется дополнительное охлаждение или применение другого типа электродвигателя.
Необходимость режима торможения
Для случаем управления приводом высоко инерционных механизмов возникает вопрос – куда деть кинетическую энергию двигателя при торможении. Возможны следующие варианты:
Варианты использования того или иного метода должны анализироваться с точки зрения экономической целесообразности. Например рекуперативное торможения более выгодно в плане экономии электроэнергии, однако значительно увеличивает стоимость частотного преобразователя по сравнению с преобразователем частоты с простым тормозным сопротивлением. Данный вопрос необходимо рассматривать в каждом конкретном случае и учитывать все затраты за весь жизненный цикл оборудования.
Способы управления двигателем
Существуют два основных метода частотного регулирования двигателем:
Метод скалярно управления является наиболее распространенным. Применяется как правило для управления двигателей в насосных и вентиляторных агрегатах, компрессорной технике, а также механизмов, где необходимо поддерживать технологический параметр посредством датчика обратной связи. Диапазон регулирования частоты вращения при таком методе достигает 1:10.
Недостатки скалярно метода:
На что следует обратить внимание при выборе частотного преобразователя для электродвигателя
Содержание:
Внедрение частотных преобразователей везде, где используются электродвигатели, — верное решение на пути увеличения доходности предприятия. Благодаря гибкой настройке параметров управления и широкому диапазону регулировок современные частотные преобразователи позволяют ощутимо поднять производительность технологического оборудования различного назначения и снизить издержки даже для устаревшего оборудования.
В этой статье мы расскажем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя самостоятельно или при помощи специалистов.
Самостоятельный подбор ЧП
У вас есть три пути: выбрать общепромышленную модель, выбрать модель для конкретного применения или по характеристикам.
Выбор общепромышленной модели
Выбор по стандартному ряду мощностей электродвигателей
Это тоже быстрый и удобный вариант. Как правило, номинальная мощность большинства преобразователей соответствует стандартной серии.
Стандартные серии электродвигателей имеют следующие уровни (номинальной) мощности:
| кВт | 0,06 | 0,09 | 0,12 | 0,18 | 0,25 | 0,37 | 0,55 | 0,75 | 1,10 | 1,50 | 2,20 | 3,00 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| кВт | 4,00 | 5,50 | 7,50 | 11,0 | 15,0 | 18,5 | 22,0 | 30,0 | 37,0 | 45,0 | 55,0 | 75,0 |
Преобразователь частоты подбирается такой же мощности, что и двигатель, или чуть большей. Например, если мощность привода 1,5 кВт, то преобразователь может быть 1,5-2 кВт.
Недостаток этого решения — можно переплатить за избыточную мощность частотника, если электродвигатель не нагружается полностью. Или наоборот: если привод часто работает с пиковыми нагрузками, то приобретенный по стандартной серии ЧП может не справляться с обеспечением работоспособности.
Выбор по характеристикам
1. Электропитание и диапазон выходной частоты.
Количество питающих фаз и номинальное напряжение (В) — первое, на что нужно обращать внимание при выборе. Если это не учесть и неправильно подключить оборудование, возникнут аварийные ситуации и, как следствие, техника выйдет из строя. Выпускаются одно- и трехфазные модели с напряжением на 220 В и 380 В соответственно. Однофазная модель ЧП имеет трёх фазный выход для подключения трёхфазного электродвигателя. Есть также высоковольтные мегаваттные установки для особо мощных агрегатов.
Напряжение местных электросетей, а вернее его качество, также необходимо учитывать при выборе ЧП. Несмотря на то, что Российский стандарт предусматривает для однофазной сети 220 В, а для трехфазной 380 В, на деле бывают существенные провалы и скачки. Если произойдет падение входного напряжения, электропривод аварийно остановится, но если будет скачок вверх, он может сгореть. Поэтому чем шире диапазон допустимых значений напряжения прибора, тем лучше (смотреть их нужно в техническом описании). Модели с широким диапазоном стоят дороже.
Частота (Гц) — следующая по важности характеристика, так как непосредственное управление скоростью вращения вала осуществляется с помощью изменения частоты выходного напряжения. Нужно обратить внимание на диапазон значений выходной частоты ПЧ (например, от 0 до 400 Гц). Чем шире диапазон, тем больше возможностей. У преобразователей частоты, на основе инвертора напряжения, выходная частота не зависит от значения частоты напряжения питания. Все ПЧ ООО «Компании Веспер» выполнены по схеме инвертора напряжения с промежуточным звеном постоянного тока.
2. Мощность и номинальный ток.
Выбор частотного преобразователя по мощности и номинальному току применяемого электродвигателя можно осуществить следующими способами:
Важно, чтобы выходной ток/мощность частотника был равен или превышал номинальный ток/мощность двигателя. Поэтому для правильного выбора необходимо знать номинальные характеристики электродвигателя.
Получить нужные сведения можно из технической документации, по надписям на корпусе (шильдикам) либо провести замеры.
Если двигатель периодически работает с пиковой нагрузкой (значительный пусковой момент на валу, быстрый разгон, резкое торможение), это нужно учитывать. Следует выбирать модель, которая в состоянии обеспечить перегрузочную способность.
3. Методы управления.
Есть два основных метода управления:
Приборы со скалярным управлением стоят дешевле и проще в настройке, но они имеют малый диапазон (1:10) и низкую точность регулировки (погрешность скорости может быть 5-10 %). Такие частотно регулируемые электроприводы целесообразно использовать, когда параметры нагрузки заранее известны и не «плавают» при постоянной частоте. Это могут быть различные механизмы с фиксированным режимом работы, отвечающие за поддержание определенного состояния техпроцесса. К примеру: насосы, вентиляторы, компрессоры.
Векторные приборы более технологичны, имеют широкий диапазон режимов и регулировок (>1:200) с практически нулевой погрешностью, могут поддерживать заданный момент при меняющейся скорости и на сверхмалых оборотах, а также постоянную скорость при резко меняющейся нагрузке. Но они стоят дороже и требуют тонкой индивидуальной настройки специалистом. Такие векторные ЧП подходят для конвейеров, лифтов, транспортеров, кранов, прессов, токарных станков.
5. Гарантийные условия и сервисное сопровождение.
Технические характеристики при выборе преобразователя частоты важны, но нужно еще учитывать качество сборки и возможность сервисного сопровождения. Обращайте внимание на:
Обеспечить все это на должном уровне могут компании с мощным интеллектуальным и экономическим потенциалом, отлаженным высокотехнологичным производством и многоступенчатым контролем качества.
Среди российских производителей компания «Веспер» соответствует этим критериям в полной мере. Высокое качество продукции подтверждают сертификаты. Оборудование «Веспер» успешно работает на сотнях объектах электроэнергетики, металлургии, машиностроения, нефтегазового комплекса и других отраслей промышленности.
Как выбрать частотный преобразователь с помощью специалистов «Веспер»
Крупные производители выпускают огромный ассортимент ЧП. Если при покупке вам нужно учесть множество критериев, то хорошим вариантом будет обратиться за консультацией к специалистам. Компания «Веспер» имеет большой опыт в проведении работ по подбору преобразователей частоты для различных промышленных и бытовых машин и механизмов.
Если вам нужен преобразователь частоты с дополнительными опциями для решения конкретных задач, то это еще один повод обратиться в крупную компанию. В «Веспере», например, эту задачу решает инженерно-технический отдел, который порекомендует и подберёт дополнительную комплектацию оборудования по персональным пожеланиям заказчика: