Выбор частотного преобразователя по току, мощности и другим параметрам

Основные критерии выбора преобразователя частоты

Не смотря на то что преобразователь частоты имеет очень большое количество характеристик выделим основные на которые следует обратить.

1. Номинальный ток электродвигателя

Многие скажут, зачем нужен ток, если есть мощность двигателя. Если мощность двигателя меньше или равна мощности преобразователя частоты можно смело брать. Это неверно.

Дело в том, что на шильдике  электродвигателя действительно указаны такие параметры как Uн-номинальное напряжение, на которое рассчитан двигатель, Iн-номинальный ток который потребляет двигатель при работе на номинальную нагрузку, Рн-номинальную мощность, сosф,  КПД электродвигателя, номинальные обороты, рабочую частоту и прочие.

  Так вот Рн это номинальная механическая мощность электродвигателя, которую он способен развить, а не потребляемая электрическая. Активная электрическая мощность потребляемая из сети будет равна Uн*Iн*√3*cosф или в пересчете с механической мощности Рн/КПД(то есть потребляемая из сети активная мощность будет всегда больше чем механическая мощность на валу двигателя).

  Хотя производители преобразователей частоты учитывают эти нюансы и как правило выбор преобразователя частоты по мощности (при условии что номинальная синхронная скорость не менее 1500 об/мин) подходит для насосов, вентиляторов и прочей нагрузке (это также связано с тем что при проектировке закладывается запас по мощности + дискретность ряда мощностей двигателей) тем не менее нужно перепроверить по току, а именно: номинальный ток преобразователя частоты должен быть больше номинального тока двигателя.

Iнпч> Iнд

2.Перегрузочная способность преобразователя частоты

Данный параметр всегда описан в документации к преобразователям частоты. Перегрузочная способность, как правило, дается в % за 1 минуту. Iнпч – это номинальный длительный ток, который может выдавать преобразователь частоты. Но кроме этого он может давать кратковременно ток больше номинала.

Это нужно при разгоне электродвигателей при номинальной нагрузке. В характеристиках к преобразователям частоты всегда идет такой параметр Iмах 60с – максимальный выдаваемый преобразователем частоты ток в течении 60 секунд (1 минуты). Так вот перегрузочная способность в % равна Iмах 60с /Iнпч.

При выборе преобразователя частоты необходимо учитывать следующие значение перегрузочной способности:

• Насосы, вентиляторы  – 110-120%
• Прочие механизмы, механизмы общепромышленного назначения, – 140- 150%
• Тяжелые механизмы, подъемники, лифты – 150%-200%

3.Напряжение питания и выходное напряжение преобразователя частоты

На территории Украины преобладает 2 вида напряжения сети 1ф-220В и 3ф 380В.

Поэтому и поставляемые преобразователи частоты имеют следующие характеристики по питающему и выходному напряжению: 1ф 220В/1ф 220В – на вход преобразователя частоты подается 1 фаза 220В, а на выходе снимается 1 фаза 220В 1ф 220В/3ф 220В – на вход преобразователя частоты подается 1 фаза 220В на выходе снимается 3 фазы 220В (для трехфазных двигателей которые на звезде работают на 380В а на треугольнике -220В)

3ф 380В/3ф 380В – на вход преобразователя частоты подается 3 фазы 380В, а  на выходе снимается 3 фазы 380В

4.Метод  управления двигателем

Существует несколько методов управления двигателем в зависимости от конкретных задач. – насосы, вентиляторы, компрессоры и прочие механизмы, где мощность на валу постоянно меняется, нет необходимости в высоких динамических характеристик, не требуется поддержание момента на невысоких скоростях (менее 15 Гц).

Есть необходимость поддержания определенного параметра давления воды или воздуха, расхода воды или воздуха, температуру и т.д. Для данного применения Вам полностью подойдут преобразователи частоты со скалярным методом управления двигателем.

Суть метода –  идет управление только скоростью вращения двигателя, момент на валу двигателя при этом не контролируется.

– В станках, шнеках, экструдерах, конвейерах, дробилках и прочих общепромышленных механизмов требуется поддержания момента, на низких скоростях начиная с 0,5-1 Гц во всем диапазоне регулирования, а также поддержание момента при изменении нагрузки при работе на одной частоте. Допустимое поддержание частоты 5%.

 Для данных применений Вам необходимо использовать  преобразователь частоты с векторным методом управления без обратной связи. Суть метода – поддержание момента при работе на определенной частоте в случае изменение нагрузки или работе на скорости менее 15 Гц вплоть до 0,5-1 Гц. Оценка момента происходит по потребляемому двигателем току.

– В станках с ЧПУ, в лифтах, на линиях где требуется точное  позирование  или точное поддержание скорости (бумажная промышленность), а также при этом точно держать момент на валу, необходимость удерживать нагрузку при 0 Гц используют векторный метод управления двигателем с обратной связью.

Как правило, эта обратная связь по скорости (оборотам вала двигателя). Реализуется обратная связь путем установки на вал двигателя датчика обратной связи (энкодера, резольвера и т.д. ) и подключение через специальную плату к преобразователю частоты. Суть метода – преобразователь непрерывно получает данные, с какой скоростью он крутит двигатель и сколько оборотов он сделал и таким образом полностью контролирует нагрузку (момент на валу). 

5.Прочие характеристики

Кроме вышеупомянутых характеристик есть еще много других, но это уже, как правило, для более специфических применений. Например, такие:

• Наличие возможности подключения к промышленной сети ( протокол MODBUS, CANOPEN, PROFIBUS);
• Вынос панели управления на расстояние;
• Возможность подключения к ПК и управления с него;
• Возможность создания резервной копии всех параметров  преобразователя  частоты;
• Возможность подключения тормозного резистора (для увеличения скорости останова);
• Количество и тип входов-выходов;
• Встроенный программируемый логический контроллер и прочие характеристики.

Все эти моменты обязательно прописаны в документации на  преобразователь  частоты. Ознакомится с документациейВы можете в разделе Документация.

Если есть вопросы, то связывайтесь с командой специалистов в разделе Контакты.

Источник: https://chastotnik.com.ua/a-osnovnie-kriterii-vibora-preobrazovatelya-chastoti

Выбор преобразователя частоты для привода переменного тока. Основные критерии

Правильный выбор ПЧ совместно с двигателем позволяет создать эффективный и долговечный привод для практически любого вида механизмов промышленного или бытового применения.

Большинство производителей ПЧ представляет технические характеристики своих изделий упорядоченно в виде нескольких функционально объединенных разделов:

• Энергетические и выходные характеристики;
• Характеристики источника питания ПЧ;
• Характеристики управления ПЧ;
• Характеристики защитных функций ПЧ;
• Характеристики размещения, транспортировки, хранения.

Описание процедуры подбора частотного преобразователя для конкретного применения имеет смысл представить в той же последовательности.

Выбор преобразователя частоты по энергетическим и внешним характеристикам

Подбор электродвигателя не входит в задачи данного обзора, поэтому будем считать, что проектант имеет исчерпывающую информацию о двигателе и свойствах нагрузки. Когда речь идет о мощности двигателя, подразумевается механическая мощность на валу. Для оценки потребляемой двигателем (входной) мощности, т. е. мощности нагрузки ПЧ, следует учитывать к.п.д.

(η) и коэффициент мощности (cos φ) двигателя. Момент на валу двигателя принято представлять двумя составляющими: статической и динамической. Первая – момент, расходуемый на преодоление сил сопротивления и трения в рабочем механизме. Вторая – момент, расходуемый на преодоление инерции маховых масс самого двигателя, присоединенной трансмиссии и рабочего механизма.

Существует довольно обширный класс промышленных механизмов, в которых момент на валу электродвигателя однозначно связан со скоростью вращения, а пуско-тормозные режимы составляют незначительную часть рабочего цикла.

К ним относятся центробежные насосы и вентиляторы, транспортеры, конвейеры, рольганги и т. п.

Sпч ≥ [k * Pдв] / [η * cos φ]

Здесь Pдв – паспортное значение мощности электродвигателя; k – коэффициент искажений кривой тока ПЧ, учитывающий ШИМ – модуляцию выходного напряжения.

Для преобразователей, предназначенных для работы в составе транспортеров и конвейеров характерна перегрузочная способность до 150%, а в приводах вентиляторов и насосов – до 120%. С учетом этого, в отдельных случаях можно выбирать преобразователь на ступень ниже по мощности.

Подход меняется в тех случаях, когда в нагрузке привода значительную роль играет динамическая составляющая.

К таким относятся приводы металлургического и подъёмно-транспортного оборудования, металлообрабатывающих станков, электротранспорта и т. п.

Из двух элементов привода – ПЧ и электродвигателя – второй существенно «крепче» в электротехническом отношении. В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, например, при прямом пуске ток может достигать величины, в 5…7 раз превышающей номинальный, а в отдельных случаях – до 12. Если при этом температура обмоток не превысит установленную, такой режим обходится без последствий.

Преобразователь частоты обладает гораздо более скромными возможностями из-за ограничений силовых полупроводниковых приборов. В большинстве моделей ПЧ предельная перегрузка допустима в диапазоне 120…200% по отношению к номинальному току. Поскольку ток двигателя напрямую определяет усилие на валу, то очевидно, что динамические возможности привода будут определяться токоограничением ПЧ.

В этих случаях, помимо выбора ПЧ по мощности, обязательна проверка преобразователя по предельному току при выполнении разгона максимальной интенсивности, или наоборот, возможность обеспечения времени разгона при предельном токе ПЧ.

Iпр =[k*(Mст +Mдин)*∆n] / [9,55* η * cos φ*√3*Uл]

Mдин = [J*∆n] / [9,55*∆tр]

Здесь: ∆n – приращение скорости в течение переходного процесса (об/мин); Mст – статическая составляющая момента вала двигателя (обычно – паспортное значение номинального момента, н*м); Mдин – динамическая составляющая момента двигателя (н*м); Uл – линейное напряжение, подводимое к двигателю (действующее значение, В); J – суммарный момент инерции всего механизма и двигателя, приведенный к валу двигателя (н*м/сек²).

Если предельный ток Iпр превышает ток ограничения ПЧ, или время разгона ∆tр больше, чем требуемое, нужно выбирать преобразователь стоящий выше по шкале мощностей. Иногда производитель ПЧ указывает допустимое время разгона при предельно допустимом токе – до 60 сек.

Правильный выбор ПЧ невозможен без учета решений по режимам торможения. Выбор определяет не только модель ПЧ, но и стоимость. Применяются три основных метода:

• Рекуперативное торможение с отдачей энергии в питающую сеть. Наиболее выгодно с энергетической стороны, однако увеличиваются капитальные затраты. ПЧ, обладающие такой функцией, относительно дороги. Для прочих необходима установка дополнительных рекуперационных модулей, что так же влечет увеличение капитальных затрат. Окупаемость таких затрат реальна в приводах, работающих в режимах часто повторяющихся пусков, торможений и реверсов (например – электротранспорт);
• Динамическое торможение с разрядом энергии промежуточного звена преобразователя на дополнительное сопротивление. ПЧ этих моделей снабжаются встроенным модулем тормозного прерывателя. В приводах небольшой мощности встроенным может быть и тормозной резистор, однако, чаще всего это внешнее устройство, требующее так же дополнительных затрат.В двух этих случаях для оценки тока нагрузки ПЧ или времени движения могут использоваться приведенные выше соотношения. При этом должен быть изменен на противоположный знак статического момента Mст (а в некоторых случаях и его числовое значение).
• Торможение противовключением. Обмотка двигателя подключается к постоянному напряжению; возникающий магнитный поток способствует появлению тормозного усилия, при этом энергия рассеивается на обмотках двигателя и в источнике постоянного напряжения. Способ дешевый, но, ввиду значительного нагрева, применим только при очень небольших скоростях.

Учет характеристик сети питания при выборе преобразователя частоты

После согласования величин напряжения, количества фаз и частоты питающей сети, очень важно оценить реальные диапазоны колебаний этих характеристик в реальных условиях эксплуатации. Значительные динамические нагрузки ПЧ способствуют сильным колебаниям питающего напряжения.

Оценить это можно, зная реактивное сопротивление питающей сети или, хотя бы, частичного импеданса, вносимого питающим трансформатором и подводящими кабелями. Ситуация усугубляется в случаях, когда для ПЧ обязательно применение сетевого дросселя.

Падение напряжения питания ПЧ при максимальных нагрузках должно оставаться в допустимых пределах. В противном случае необходимо определить: позволяют ли функциональные возможности ПЧ сохранить работоспособность рабочего механизма при провале питающего напряжения.

Этот вопрос рассмотрен далее, в разделе выбора ПЧ по некоторым защитным функциям.

Выбор преобразователя частоты по характеристикам управления

Главный вопрос подбора ПЧ по этим критериям – выбор метода управления: скалярный или векторный. Это вплотную касается как реализации технологических требований к приводу, так и стоимости. Выбор определяется требуемым диапазоном и точностью регулирования частоты и характером нагрузки двигателя. Различают 4 метода управления:

• Скалярный метод: подходит для электроприводов с известной взаимозависимостью момента двигателя и частоты вращения. При этом диапазон регулирования должен быть невелик, минимальная частота 5…10 Гц.
• Скалярный метод управления с обратной связью по скорости. Применяется для точного поддержания и регулирования скорости механизма. И здесь необходимо знать точную взаимозависимость нагрузки и скорости.Обычно в режиме скалярного управления реализуется определенного вида соотношение U/f (питающее напряжение к частоте питающего напряжения). Этот метод лучше всего подходит для вентиляторов, центробежных насосов, транспортеров, конвейеров.
• Векторный метод управления. Применяется в случаях, когда взаимозависимость момента и скорости не известна, случайна или аналитически не выражается. Но при этом необходимо поддерживать заданное значение момента нагрузки при широком диапазоне регулирования скорости.
• Векторный метод управления с обратной связью по скорости. Применяется в механизмах со сложным характером нагрузки при необходимости поддерживать и момент, и скорость в широком диапазоне и с высокой точностью.Возможность реализации векторного метода управления подразумевает присутствие в составе ПЧ относительно мощного процессора, способного в течение нескольких десятков миллисекунд произвести полный пересчет всего вектора параметров привода. Это влияет на стоимость ПЧ. В качестве датчика скорости обычно применяется инкрементальный энкодер, не всегда присутствующий в базовой комплектации. При выборе ПЧ и метода управления должно быть учтено увеличение капитальных затрат, связанное с этими обстоятельствами.

Выбор преобразователя частоты по некоторым защитным функциям

Выпускаемые модели ПЧ обладают богатым набором защитных функций, незначительно отличающимся у отдельных моделей. Поэтому подбор ПЧ по защитным функциям важнее проводить с точки зрения наличия возможностей, обеспечивающих сохранение работоспособности привода в аварийном режиме. Необходимо установить, каковы действия преобразователя после срабатывания защитных функций:

• Каким образом будет тормозиться рабочий механизм после отключения преобразователя. Торможение «на выбеге» не всегда приемлемо по соображениям безопасности.
• Возможно ли сохранение работы привода с пропорциональным изменением скорости или автоматический перезапуск (например, при отключении сети питания), «подхват» вращающегося двигателя в установках, обладающих эффектом «ветряной мельницы», или двигающегося по инерции (при восстановлении питания) и т. п.

Если имеющиеся функциональные возможности обеспечивают сохранение работоспособности привода или даже обеспечивают приемлемый режим его работы, то можно считать, что вопрос выбора ПЧ по критериям защитных функций решен.

Учет факторов размещения при подборе преобразователей частоты

Место установки и эксплуатации ПЧ должно полностью удовлетворять паспортным требованиям по температурному диапазону, влажности, высоте положения, условиям вибрации и запыленности, степени защиты по IP. Однако есть один неочевидный момент, влияющий на выбор ПЧ при конкретных условиях размещения.

Существенным является расстояние удаленности преобразователя от электродвигателя. При превышении определенного расстояния, зависящего от модели ПЧ, типа кабеля, тока двигателя и др., необходима установка специального моторного дросселя. Появление этого элемента снижает эффективные характеристики привода.

В качестве альтернативы возможен переход к другой модели ПЧ.

Источник: https://RusAutomation.ru/stati/vybor-preobrazovatelya-chastoty-dlya-privoda-peremennogo-toka

Выбор частотных преобразователей, диапазон регулирования частоты

Нюансы выбора частотного преобразователя:

• В том случае, если при выборе пользователь ошибся с мощностью, и она оказалась завышена, преобразователь не сможет защитить двигатель от возможного перегруза, скачков напряжения и прочих факторов.
• Меньшая мощность не создаст условия для хорошей эффективности машины. Преобразователь с небольшой мощностью не сможет обеспечить высокую динамику рабочего режима насосной установки. Возникающие периодически перегрузки могут послужить причиной неисправности.

Факторы, на которые обращают внимание при выборе

Условия эксплуатации устройства являются существенным фактором, влияющим на сроки эксплуатации электродвигателя. Поэтому, выбирая преобразователь частоты, нужно обратить внимание на такие факторы:

• границы рабочих скоростей электрического двигателя;
• рабочие границы моментов вращения;
• характер нагрузки;
• циклограмму работы.

Все характеристики взаимосвязаны между собой. Так, нагрузка имеет несколько типов и связана с такими характеристиками, как скорость, момент и пусковой момент. Она бывает:

• функциональной или служит для подъема грузов, например, мостовой кран, электродвигатель может быть подключен от ПЧ;
• вязкая нагрузка;
• нагрузка с высокой силой инерции;
• нагрузка с передачей и накоплением энергии.

Скорости вращения и момента связаны со скоростью, моментом и параметрами времени, они зависят от следующих характеристик:

• величина постоянного момента;
• постоянная величина скорости;
• уменьшающееся число крутящего момента;
• уменьшающаяся скорость.

Характер нагрузки зависит от таких показателей, как:

• ударная нагрузка;
• постоянная нагрузка;
• изменяющаяся периодами нагрузка;
• высокий начальный момент;
• низкий начальный момент.

Особенности при расчете ПЧ для электродвигателя

Прежде, чем выбрать преобразователь частоты выполняют выбор и расчет преобразователя частоты для электродвигателя. Обязательно обращают внимание на продолжительность скоростных режимов, в том числе и на повторно-кратковременный режим. Необходимо принимать во внимание мгновенную величину максимального тока и на длительность постоянного тока на выходе с преобразователя.

Важно учитывать максимальную и номинальную частоту. Принимается во внимание мощность или импендас силового распределительного трансформатора вместе с проводами линии электропередач или кабельной линией.

Источник питания влияет на работу частотника и насосной установки, длина питающей линии оказывает влияние на потери напряжения.

Учитываются возможные скачки напряжения, возможный перекос фаз при неравномерной нагрузке, влияющий на фазный дисбаланс.

Учитываются такие факторы, как механическое трение, потери в проводнике и изменение рабочего цикла.

Выбор частотных преобразователей на насосы

Важно произвести правильный расчет преобразователя частоты и совмещение его с насосной установкой. Расчет будет влиять на правильный выбор преобразователя. От этого зависит его эффективность и долговечность использования, как самого преобразователя, так и электропривода (насосной установки) полностью.

Как выбрать ПЧ перед тем, как его купить

Перед тем, как выбрать частотный преобразователь,проверяют электрическую совместимость с двигателем и нагрузочной способностью (мощностью).

Рис. №1. Структурная схема работы системы насосных агрегатов от преобразователя частоты VFD.

При работе преобразователя частоты с одним двигателем выбор проводят в зависимости от паспортных характеристик. При выборе учитываются такие показатели, как:

1. Мощности по паспорту ПЧ и электродвигателя должны быть равными. Этот параметр действует в случае использования двигателей с двумя парами полюсов (2p=4), со скоростью вращения до 1500 об/мин, с постоянным моментом. Он же действует и для ПЧ, которые могут справиться с перегрузом в 150% (конвейеры, транспортерные ленты) и для преобразователей, работающих с перегрузом 120% (вентиляторы, центробежные насосы).
2. Величина номинального тока должна быть равной и быть больше продолжительного фактического тока, который потребляется двигателем (тока нагрузки).

Важно: потребляемый двигателем ток должен быть меньше номинального тока преобразователя частоты, приведенного в спецификации.

Время разгона двигателя при пусковом токе 150% составляет 120% для преобразователей, специализирующихся в насосных агрегатах, от номинального ПЧ обычно не должно превышать 60сек.

1. Входное напряжение сети должно удовлетворять преобразователь, он должен сохранять свою работоспособность при любых отклонениях напряжения от нормы.
2. Диапазон регулирования частот, который может поддерживать преобразователь должен удовлетворять высокоскоростному режиму двигателя.
3. Наличие дискретных входов управления необходимо для ввода различного рода команд, запрограммированных пользователем. Нужны и аналоговые, служат для ввода сигналов задания и для обратной связи. Необходимы и цифровые входы, служащие для высокочастотных сигналов, поступающих от энкордеров или цифровых датчиков скорости и положения.
4. Число выходных сигналов служат для создания сложных схем для системы насосных станций.
5. Возможность оперативного управления в рабочем режиме, это могут быть входы управления с помощью пульта. Или управление с помощью шины последовательной связи посредством контроллера или компьютера. Может быть это будет комбинированное управление.
6. Выбор преобразователя зависит от предпочтения способа управления электродвигателем, скалярное или векторное управление. Зависит раздельного векторного управления двигателями или скалярное управление – поддержание одного постоянного отношения выходного напряжения к выходной частоте. Для насосных агрегатов более свойственен способ векторного управления.
7. К более точным критериям выбора частотника принадлежит параметр, определяющий работу двигателя на установившейся скорости. При работе преобразователя с одним двигателем необходимая мощность для запуска рассчитывается по формуле:

Рис. №2. Формула расчета полной пусковой мощности.

Ток потребления двигателем от преобразователя при сетевом напряжении 220/380В рассчитывают по формуле:

Рис. №3. Расчет механических характеристик двигателя.

Важно: Руководствуясь требованием, как правильно выбрать преобразователь частоты по токовым характеристикам, требуется соответствие ПЧ всем нормам и требованиям, но нормами по мощности разрешается пренебречь.

Рис. №4. Таблица неравенств, которые необходимо соблюдать при выборе ПЧ для работы одного частотника с несколькими двигателями.

 Преимущества применения частотного преобразователя

Рис.№5. Преимущества выбора частотного преобразователя

К достоинствам частотного преобразователя относятся несколько важных качеств:

1. Снижение пускового тока до фактической рабочей величины. Условия питания электрического двигателя напрямую от сети и питание от преобразователя отличаются. В первом случае, пусковой ток увеличивается не менее, чем в семь раз от номинального значения тока двигателя. Плавный пуск с постепенным плавным нарастанием частоты сетевого напряжения питания двигателя может быть понижен до фактического, потребляемого двигателем в установившемся рабочем режиме. Достигается это установкой времени разгона, если необходимо разогнать инерционную нагрузку преобразователь может обеспечить большую мощность, чем мощность двигателя.
2. Существуют модели преобразователей, максимально ориентированных для работы на нагрузку с переменным моментом, а именно, для насосных станций, укомплектованных центробежными насосами. Номинальный ток преобразователя может быть более, чем на две ступени выше паспортных показателей двигателя.
3. Использование частотного преобразователя для запуска насосных агрегатов дает экономию электроэнергии минимум 30%.

Недостатки векторных частотных преобразователей:

1. Сложность настройки векторного преобразователя, необходима консультация специалиста. Производится учет параметров электродвигателя, в том числе и индуктивности.
2. Технология использования электропривода должна подразумевать 100% точность, только в этом случае оправдан выбор ПЧ.
3. Выбирая векторный преобразователь, нужно не забыть перейти со скалярного режима.
4. Высокие требования к точности измерительных приборов и датчиков тока, что сказывается на стоимости.
5. Векторный ПЧ желательно использовать для конкретного электродвигателя.

Источник: http://chistotnik.ru/vybor-chastotnyx-preobrazovatelej.html

Выбор преобразователя частоты по энергетическим и внешним характеристикам

Подбор электродвигателя не входит в задачи данного обзора, поэтому будем считать, что проектант имеет исчерпывающую информацию о двигателе и свойствах нагрузки. Когда речь идет о мощности двигателя, подразумевается механическая мощность на валу. Для оценки потребляемой двигателем (входной) мощности, т. е. мощности нагрузки ПЧ, следует учитывать к.п.д.

(η) и коэффициент мощности (cos φ) двигателя. Момент на валу двигателя принято представлять двумя составляющими: статической и динамической. Первая — момент, расходуемый на преодоление сил сопротивления и трения в рабочем механизме. Вторая — момент, расходуемый на преодоление инерции маховых масс самого двигателя, присоединенной трансмиссии и рабочего механизма.

Существует довольно обширный класс промышленных механизмов, в которых момент на валу электродвигателя однозначно связан со скоростью вращения, а пуско-тормозные режимы составляют незначительную часть рабочего цикла.

К ним относятся центробежные насосы и вентиляторы, транспортеры, конвейеры, рольганги и т. п.

Sпч ≥ [k * Pдв] / [η * cos φ]

Здесь Pдв — паспортное значение мощности электродвигателя; k — коэффициент искажений кривой тока ПЧ, учитывающий ШИМ — модуляцию выходного напряжения.

Для преобразователей, предназначенных для работы в составе транспортеров и конвейеров характерна перегрузочная способность до 150%, а в приводах вентиляторов и насосов — до 120%. С учетом этого, в отдельных случаях можно выбирать преобразователь на ступень ниже по мощности.

Подход меняется в тех случаях, когда в нагрузке привода значительную роль играет динамическая составляющая.

К таким относятся приводы металлургического и подъёмно-транспортного оборудования, металлообрабатывающих станков, электротранспорта и т. п.

Из двух элементов привода — ПЧ и электродвигателя — второй существенно «крепче» в электротехническом отношении. В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, например, при прямом пуске ток может достигать величины, в 5…7 раз превышающей номинальный, а в отдельных случаях — до 12. Если при этом температура обмоток не превысит установленную, такой режим обходится без последствий.

Преобразователь частоты обладает гораздо более скромными возможностями из-за ограничений силовых полупроводниковых приборов. В большинстве моделей ПЧ предельная перегрузка допустима в диапазоне 120…200% по отношению к номинальному току. Поскольку ток двигателя напрямую определяет усилие на валу, то очевидно, что динамические возможности привода будут определяться токоограничением ПЧ.

В этих случаях, помимо выбора ПЧ по мощности, обязательна проверка преобразователя по предельному току при выполнении разгона максимальной интенсивности, или наоборот, возможность обеспечения времени разгона при предельном токе ПЧ.

Iпр =[k*(Mст +Mдин)*∆n] / [9,55* η * cos φ*√3*Uл]

Mдин = [J*∆n] / [9,55*∆tр]

Здесь: ∆n — приращение скорости в течение переходного процесса (об/мин); Mст — статическая составляющая момента вала двигателя (обычно — паспортное значение номинального момента, н*м); Mдин – динамическая составляющая момента двигателя (н*м); Uл — линейное напряжение, подводимое к двигателю (действующее значение, В); J — суммарный момент инерции всего механизма и двигателя, приведенный к валу двигателя (н*м/сек²).

Если предельный ток Iпр превышает ток ограничения ПЧ, или время разгона ∆tр больше, чем требуемое, нужно выбирать преобразователь стоящий выше по шкале мощностей. Иногда производитель ПЧ указывает допустимое время разгона при предельно допустимом токе — до 60 сек.

Правильный выбор ПЧ невозможен без учета решений по режимам торможения. Выбор определяет не только модель ПЧ, но и стоимость.

Применяются три основных метода:

• Рекуперативное торможение с отдачей энергии в питающую сеть. Наиболее выгодно с энергетической стороны, однако увеличиваются капитальные затраты. ПЧ, обладающие такой функцией, относительно дороги. Для прочих необходима установка дополнительных рекуперационных модулей, что так же влечет увеличение капитальных затрат. Окупаемость таких затрат реальна в приводах, работающих в режимах часто повторяющихся пусков, торможений и реверсов (например – электротранспорт);
• Динамическое торможение с разрядом энергии промежуточного звена преобразователя на дополнительное сопротивление. ПЧ этих моделей снабжаются встроенным модулем тормозного прерывателя. В приводах небольшой мощности встроенным может быть и тормозной резистор, однако, чаще всего это внешнее устройство, требующее так же дополнительных затрат. В двух этих случаях для оценки тока нагрузки ПЧ или времени движения могут использоваться приведенные выше соотношения. При этом должен быть изменен на противоположный знак статического момента Mст (а в некоторых случаях и его числовое значение).
• Торможение противовключением. Обмотка двигателя подключается к постоянному напряжению; возникающий магнитный поток способствует появлению тормозного усилия, при этом энергия рассеивается на обмотках двигателя и в источнике постоянного напряжения. Способ дешевый, но, ввиду значительного нагрева, применим только при очень небольших скоростях.

Выбор частотного преобразователя по току, мощности и другим параметрам

Вы здесь: Изменение скорости и направления вращения асинхронного двигателя – проблема, которую приходится решать в ряде задач. Для этого можно использовать преобразователь частоты.

Это силовой преобразователь, к которому подключают асинхронные двигатели, в результате изменения частоты выходного напряжения изменяется и скорость вращения ротора двигателя. Правильное управление электроприводом позволяет повысить эффективность его применения.

В этой статье мы расскажем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя по мощности, току и другим параметрам.

На какие параметры обратить внимание

Сразу стоит отметить, что с помощью частотного преобразователя вы можете подключить асинхронный трёхфазный двигатель к однофазной сети без конденсаторов, соответственно и без потери мощности.

Чтобы понять, как правильно выбрать частотный преобразователь, давайте рассмотрим ряд основных параметров:

1. Мощность. Подбирают большую, чем полная мощность двигателя, который будет к нему подключен. Для двигателя на 2.5 кВт, если он работает с редкими незначительными перегрузками или в номинале, частотный преобразователь выбирают ближайший в сторону увеличения из модельного ряда, допустим на 3 кВт.
2. Количество питающих фаз и напряжение – однофазные и трёхфазные. К однофазным на вход подключается на 220В, а на выходе мы получаем 3 фазы с линейным напряжением 220В или на 380В (уточняйте какое выходное напряжение при покупке, это важно для правильного соединения обмоток двигателя). К мощным трёхфазным приборам подключается три фазы соответственно.
3. Тип управления – векторное и скалярное. Частотные преобразователи со скалярным управлением не обеспечивают точной регулировки в широких пределах, при слишком низких или слишком высоких частотах могут изменяться параметры двигателя (падает момент). Сам же момент поддерживается так называемой ВЧХ (функция U/f=const), где напряжение на выходе зависит от частоты. Для частотников с векторным управлением применяются цепи обратной связи, с их помощью поддерживается стабильность работы в широком диапазоне частот. А также, когда при постоянной частоте изменяется нагрузка на двигатель, такие преобразователи частоты более точно поддерживают момент на валу таким образом снижая реактивную мощность двигателя. На практике чаще встречаются частотные преобразователи со скалярным управлением, например, для насосов, вентиляторов, компрессоров и прочего. Однако при повышении частоты выше чем в сети (50 Гц) момент начинает снижаться, говоря простым языком – некуда повышать напряжение с увеличением оборотов. Модели с векторным управлением стоят дороже, их основная задача – поддержание высокого момента на валу, независимо от нагрузки, что может быть полезным для токарного или фрезерного станка, для поддержания стабильных оборотов шпинделя.
4. Диапазон регулирования. Этот параметр важен, когда вам нужно регулировать электропривод в широком диапазоне. Если вам, например, нужно подстраивать производительность насоса – регулировка будет происходить в пределах 10% от номинала.
5. Функциональным особенности. Например, для управления насосом будет хорошо, если в частотном преобразователе будет функция отслеживания режима «сухого хода».
6. Исполнение и влагозащищенность. Этот параметр определяет, где может быть установлен частотник. Чтобы сделать правильный выбор определитесь где вы его установите, если это будет сырое помещение – подвал, например, то лучше поместить прибор в щит с классом защиты IP55 или близкий к нему.
7. Способ торможения вала. Инерционное торможение происходит при простом отключении питания от двигателя. Для резкого разгона и торможения применяется рекуперативное или динамическое торможение, за счет обратного вращения электромагнитного поля в статоре, или быстрое понижение частоты с помощью преобразователя.
8. Способ отвода тепла. При работе полупроводниковые ключи выделяют достаточно большое количество тепла. В связи с этим их устанавливают на радиаторы для охлаждения. В мощных моделях используется активная система охлаждения (с помощью кулеров), что позволяет снизить габариты и вес радиаторов. Это нужно учесть еще до покупки, перед тем как вы решите выбрать ту или иную модель. Сперва определите где и как будет проведен монтаж. Если он будет установлен в шкафу, то следует учесть и то, что при малом объеме пространства вокруг прибора охлаждение будет затруднено.

Часто преобразователи частоты подбирают для глубинного насоса. Он нужен для регулирования производительности насоса и поддерживания постоянного давления, плавного пуска, контроля работы «на сухую» и экономии электроэнергии. Для этого есть специальные приборы, которые отличаются от частотников общего назначения.

Как рассчитать частотник под двигатель

Есть несколько способов расчета для выбора частотного преобразователя. Рассмотрим их.

Подбор по току:

Ток преобразователя частоты должен быть равен или большим чем ток для трёхфазного электродвигателя, потребляемый при полной нагрузке.

Допустим есть асинхронный двигатель с характеристиками:

• P = 7,5 кВт;
• U = 3х400 В;
• I = 14,73 А.

Значит длительный выходной ток частотного должен быть равен или больше чем 14.73А. Расчет показывает, что это равняется 9.6 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента. Таким требованиям с небольшим запасом соответствует модель: Danfoss VLT Micro Drive FC 51 11 кВт/3ф, которую будет вполне разумно выбрать.

Выбор по полной мощности:

Допустим есть двигатель АИР 80А2, на табличке которого указано (для треугольника):

• P= 1,5 кВт;
• U=220 В;
• I=6 А.

Рассчитаем S:

S=3*220*(6/1,73)=2283 Вт =2,3 кВт

Выбираем преобразователь частоты с хорошим запасом, при том что мы его будем подключать к однофазной сети и использовать для управления вращением шпинделя токарного станка. Ближайшая модель, которая для этого подойдет: CFM210 3,3 кВт.

Стоит отметить, что модельный ряд большинства производителей соответствует стандартному ряду мощностей асинхронных двигателей, что позволит сделать выбор частотника с соответствующей мощностью (не превышающей).

Если вы используете заведомо более мощный двигатель и не нагружаете его полностью, можно измерить фактический ток потребления и подобрать преобразователь частоты исходя из этих данных.

В общем при расчёте частотника для двигателя учитывайте:

1. Максимальный потребляемый ток.
2. Перегрузочную способность преобразователя.
3. Тип нагрузки.
4. Как часто и насколько долго могут возникать перегрузки.

Теперь вы знаете, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя и на что обратить внимание при выборе данного типа устройств. Надеемся, предоставленные советы помогли вам подобрать подходящую модель под собственные условия!

Материалы по теме:

• Способы и схемы торможения электродвигателей

Источник: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html