Инструкция как правильно подобрать преобразователь частоты и на что обратить внимание

Для начала, коротко о том, что такое преобразователь частоты. Преобразователь частоты, или частотный преобразователь напряжения – именно такое его полное название, ведь это статическое, электротехническое, преобразовательное устройство, превращающее постоянную частоту электрического тока сети (у нас 50 Гц), в переменную (от 0 Гц до необходимой нам), изменяя не не только частоту, но и формируя на выходе необходимую амплитуду напряжения для обеспечения поддержания той или иной требуемой нам частоты.

В подавляющем большинстве «Частотник» используется для регулирования частоты вращения электрических двигателей переменного или постоянного тока, для значительного уменьшения пусковых токов, увеличения жизненного цикла механических узлов из-за плавной регулировки скорости двигателя, увеличения КПД асинхронного двигателя за счет увеличения его скольжения, возможность реализовать любую систему автоматического управления с одновременно значимой экономией и контролем электроэнергии.

Как же, технически правильно, подобрать преобразователь частоты для конкретно Вашей задачи, не переплатить деньги за ненужный функционал и быть уверенным, что вложенные деньги и время окупятся в кратчайшие сроки, а сам преобразователь частоты будет служить долгое время.

Начну с того, что к сожалению, на рынке Украины, сейчас представлено очень много некачественных производителей частотных преобразователей, и за частую, мы слышим от людей, что зачем мне платить 20 тысяч гривен за преобразователь который вы предлагаете, если есть вот вдвое дешевле «назову его Хуанджоу» и который также называется преобразователем частоты, и вроде ничем не отличается. И к сожалению большинство выбирают, не понимая последствий – «Хуанджоу». В конечном случае, спустя некоторое время, «наевшись Хуанджоу», эти люди возвращаются к нам. Почему так получается, а потому что снаружи человек видит оболочку/коробку, ничем не отличающуюся от дорогого аналога частотника, но если заглянуть «под капот», то мы увидим дешевые китайские, а в некоторых случаях еще и такое впечатление, что «в ручную наклеенные» комплектующие. Соответственно такие комплектующие, во-первых, долго не живут, а во-вторых Вы получаете некачественное управление Вашим двигателем, что приводит к его быстрому старению и выходу из строя. Поэтому, рекомендуем, покупать однократно качественные преобразователи частоты и обращать внимание на запасные возможности поставщика, это даст Вам уверенность в долгих годах работы Вашего электропривода в целом, а самое главное минимизацию простоя критически важных узлов производства, водоснабжения или чего-либо другого. Как показала практика, выбирая проверенный, не дешевый преобразователь частоты, Вы сэкономите в два-три раза больше средств, а также времени на обслуживание в расчете на длительный срок эксплуатации. При покупке дорогостоящей ПЧ Вы получите еще и удобный, интуитивно понятный интерфейс пульта управления, что позволит настраивать и мониторить состояние привода без длительного сидения за книгой по эксплуатации. Для специалистов по электроприводу и инженеров электриков – это все равно, что пересесть из Жигулей на Мерседес.

Выбор преобразователя частоты, достаточно не простая задача для людей/специалистов с непрофильными знаниями, поэтому ниже приводим краткую инструкцию на что необходимо обратить внимание по порядку:

1. Выбор преобразователя частоты начинается, в первую очередь, с его питающего напряжения. На данный момент существует два типа питания: однофазное 220В (два провода, фаза L и нулевой провод N), обычно это бытовое напряжение питания и промышленное трехфазное 380В, 690В или более (три или четыре провода: фазы L1, L2, L3 с системой заземления) TN-Net или IT-Net).

2. Степень защиты по IP. Обычно преобразователи частоты имеют степень защиты IP20, которая не позволяет использование преобразователя частоты (ПЧ) в загрязненных влажных помещениях или на улице. Поэтому всегда обращайте внимание на то, где Вы собираетесь эксплуатировать ПЧ и какая, соответственно, будет окружающая среда. ПЧ бывают высокой степени защиты к IP66 (более подробно не является проблемой найти в Интернете информацию по разным степеням защиты). Конечно, ПЧ с высокой степенью защиты дороже, но во многих случаях отпадает необходимость в затратах на сопутствующие комплектующие, а также огромным преимуществом является экономия времени на монтаж и ввод в эксплуатацию.

3. После того, как выяснили, где будем использовать и каким напряжением будем питать преобразователь частоты , следующим этапом идет понимание типа электродвигателя (двигатель трехфазный или однофазный, двигатель переменного тока или постоянного, двигатель синхронный или асинхронный) и его номинального тока, который всегда указан на фирменной табличке, прикрепленной к корпусу двигателя. Именно номинальный ток в амперах, а не мощность в киловаттах является определяющим фактором для выбора преобразователя частоты. Потому, что специалист по электроприводу знает, что преобразователь частоты не имеет, как такового, понимания мощности, у него есть длительный номинальный ток, при котором преобразователь, при определенной температуре окружающей среды, может работать постоянно без ошибок. И этот номинальный ток, который также указан на фирменной табличке или в руководстве по эксплуатации преобразователя, должен быть больше номинального тока электродвигателя. Если по какой-то причине фирменная табличка двигателя отсутствует, простым вариантом является замер токовым клещам рабочего тока двигателя в работе с максимальной нагрузкой, включенной непосредственно в сеть.

4. Следующий этап – это выбор преобразователя частоты по характеру нагрузки. Если Вы уже заметили, то почти каждый преобразователь частоты имеет возможность кратковременной работы с током выше своего номинального (перегрузочная способность 110%-200% от номинального тока в течение определенного времени). Некоторые преобразователи имеют возможность переключения перегрузочной способности (в каталогах/инструкциях это выглядит как «тяжелый/легкий режим запуска»; «Light/Normal/Heavy Duty» режимы и т.д.) и каждому такому режиму соответствует определенный номинальный длительный стуму и определенный уровень кратковременной перегрузки по току. Это сделано для того, чтобы одна и та же ПЧ была универсальной и подходила для любого характера нагрузки. Потому что конечным результатом является не просто регулировка частоты вращения двигателя, а выполнение определенного технологического процесса – приведение в движение конкретного механизма. А для того, чтобы привести в движение конкретный механизм, имеющий вес, имеющий свой момент инерции, а также уже загруженный (например, кран поднимает определенный груз), необходимо приложить достаточную силу (силу тока) для обеспечения необходимого крутящего момента для сдвига с места того или иного времени. другого механизма под погрузкой. Для этого и служит перегрузочная способность ПЧ – тот необходимый, кратковременный запас по току при разгоне/торможении или в процессе динамической регулировки частоты вращения двигателя, позволяющий ПЧ работать без остановки. Проще говоря, если технологический процесс предполагает возможность очень плавного разгона не загруженной системы, типа насосов, вентиляторов или механизмов без резкой, большой и динамической нагрузки, можно использовать ПЧ с высокой перегрузочной способностью 110-120% от номинального тока в течение 1 минуты. Но если необходимо, например, управлять двигателями кранов, компрессоров, экструдеров или других механизмов, имеющих первоначальный большой или динамический характер нагрузки, высокий момент инерции или необходимо разогнать двигатель за короткий промежуток времени, тогда существуют преобразователи с перегрузочной способностью не менее 150% в течение 1 минута. В некоторых случаях необходимо выбирать преобразователь частоты на степень выше по мощности, чем мощность двигателя, например в работе с высокомоментными 6-ти и более полюсными двигателями, в которых номинальный ток всегда выше номинального тока аналогичного по мощности но 4-х или 2-ух. полюсного двигателя, а также в работе, например кранов, где необходимо быстро и часто разгонять двигатель, и температура окружающей среды может достигать 40 и более градусов.

5. Следующим, не менее важным этапом, является выбор сопутствующего оборудования (силовых аксессуаров) к преобразователю частоты. А именно входных/выходных дросселей и фильтров, без которых ПЧ, на первый взгляд, наносит незаметный вред как питающей сети так и подключенному к нему двугуну/ов. Преобразователи построены на короткопроводящих устройствах, которые кратко говоря, излучают высокочастотные электромагнитные шумы и гармоники тока обратно в сеть, а на выходе выдают широтно-импульсную синусоиду, которая со временем разрушает обмотки двигателя. Эти факторы особенно заметны на высоких мощностях от 30 кВт. Известные производители встраивают фильтры ЭМС и дросселя в звено постоянного тока уже в корпус ПЧ и таким образом хоть как-то защищают питающую сеть. Но и этого может быть мало, если мы хотим оградить ПЧ от негативного воздействия питающей сети, например перекосов фаз или импульсного всплеска напряжения – здесь поможет внешний сетевой дроссель. Встроенный фильтр ЭМС также не всегда подойдет к некоторым условиям эксплуатации и потребуется наружный фильтр ЭМС. А со стороны выхода существуют также различные виды защиты двигателя: моторный дроссель, фильтр dU/dt, синусный фильтр (подробнее поможет разобраться наш специалист на частной консультации по конкретному применению).

6. Необходимость быстрого торможения двигателя. В некоторых приложениях необходимо за считанные секунды затормозить двигатель с высокой инерцией нагрузки или необходимо резко уменьшать частоту вращения двигателя с высокой инерцией нагрузки. В таких случаях может потребоваться тормозной резистор, рассеивающий избыточную энергию в процессе торможения в виде тепла, в противном случае частотник может ссориться по перенапряжению звена постоянного тока, а в некоторых случаях при перегреве и вообще выйти из строя. Также для таких задач, при выборе ПЧ, необходимо обратить внимание, есть ли встроенный в ПЧ тормозной модуль (еще называют тормозной ключ или чоппер). Обычно тормозные модули, к которым можно подсоединить тормозной резистор, встраиваются в ПЧ до 22 кВт, а 30 кВт и выше используются дополнительные опционные тормозные модули, конечно за дополнительную плату. Выбор резистора в следующей статье.

7. Следующим, одним из самых главных аспектов является то, с какой точностью частотный преобразователь способен управлять двигателем и какими типами двигателей. Это зависит от заложенного в прошивке ПЧ типа управления. Не вдаваясь в детали, в общем, различают три типа (законы) управления: скалярный U/f, векторный без датчика обратной связи и векторный с датчиком обратной связи (энкодером, который находится на валу двигателя и измеряет его угол поворота).

Скалярный U/f – самый простой тип управления, в котором сохраняется постоянное соотношение напряжения/частоты, то есть для каждого значения частоты преобразователь придает конкретную величину напряжения. Преобразователи со скалярным типом управления способны регулировать частоту вращения только асинхронных двигателей с КЗ ротором, и самым главным недостатком такого типа является неспособность поддерживать качественно момент на постоянно меняющемся вале двигателя, особенно на скоростях ниже номинального. Но есть и преимущества: во-первых такие ПЧ просты в настройке, так как не требуют знания многих характеристик двигателя, а во-вторых имеют возможность приводить в движение несколько двигателей одновременно, подсоединенных параллельно одному ПЧ.
Векторный без обратной связи или SVC (Sensorless Vector Control) – векторное управление без использования датчика обратной связи, наиболее распространенный тип управления сегодня, в котором заложены математические модели асинхронного, синхронного двигателя с постоянными магнитами и адаптивный регулятор тока (хотя надо заметить, что не все ПЧ с векторным управлением умеют управлять также синхронными двигателями). Поэтому данный тип управления требует знания многих номинальных параметров двигателя (напряжение, мощность, ток, частоту, частоту в об/мин, количество полюсов), обычно представленных на фирменной табличке. Данный тип управления применяется, когда требуется большая точность регулировки скорости, поддержание достаточного момента на валу двигателя в широком диапазоне регулировки (в том числе близком к нулю), а также быстрая реакция на резкое изменение нагрузки. Контроллер векторного управления непрерывно измеряет и оценивает токи фаз двигателя, возводимые в результирующий вектор статора тока, направленный в необходимую сторону и имеющий необходимую амплитуду. То есть преобразователь частоты управляет вектором тока статора двигателя так, чтобы он находился под углом 90° к магнитному полю статора. Преобразователи с векторным управлением способны управлять, в отличие от скалярного, только одним подключенным двигателем, являющимся единственным недостатком.

Векторное управление с датчиком обратной связи – векторное управление того же принципа действия, что и без обратной связи, но дополненное датчиком скорости (энкодером), сообщающим преобразователю положение ротора двигателя. Обычно для реализации такого типа управления преобразователи дополнительно комплектуются специальными платами расширения для конкретного типа энкодера. В дополнение ко всем преимуществам, что и при векторном SVC, тип управления с энкодером имеет высокую точность регулировки скорости, за счет непрерывного отслеживания положения вала двигателя. Недостатками по сравнению с другими типами управления являются наибольшая стоимость и сложность с вводом в эксплуатацию, которая требует более глубокого знания в теории электропривода.

8. Когда все основные, так сказать, силовые характеристики определены, необходимо определиться, как именно мы будем осуществлять управление преобразователем частоты. Основное - из каких источников задавать команды ПУСК/СТОП/РЕВЕРС, откуда задавать сигналы на отработку определенной скорости и какие выходные сигналы нам нужны для мониторинга или реализации какой-либо последующей системы управления.

Самое простое – это осуществление управления непосредственно с пульта управления, который обычно идет в комплекте с ПЧ. В этом случае необходимо обратить внимание на наличие необходимых кнопок и наличия потенциометра для регулировки частоты вращения. Также, если необходимо вынести пульт управления куда-нибудь, обратить внимание на допустимое расстояние выноса пульта, степень защиты в соответствии с окружающей средой и вообще возможно ли отсоединить пульт от ПЧ (есть много ПЧ с несъемным пультом управления). К заказу необходим монтажный комплект, который не поставляется, обычно, в стандартной комплектации ПЧ.

Другое дело, если необходимо реализовать внешнее управление преобразователем частоты, например скрытый в шкафу управления или удаленный на определенное небольшое расстояние. Здесь уже сложнее, так как необходимо составить техническое задание и определиться с количеством необходимых встроенных в ПЧ дискретных и аналоговых ВХОДОВ/ВЫХОДОВ для их типов. В данном случае поможет схема ПЧ представлена в каждом руководстве по эксплуатации в любое ПЧ.

И третий способ, считающийся не менее сложным, является реализация управления, позволяющего управлять ПЧ на большом расстоянии с помощью того или иного коммуникационного сетевого протокола связи и еще просто по одному подключенному кабелю. Сложность такого метода в том, что для его реализации необходимы не только вышестоящие устройства, типа контроллеров (ПЛК), компьютеров или панелей оператора HMI, но и углубленные знания по программированию. Основное на что следует обратить внимание при выборе ПЧ, это какой протокол связи есть у него на борту, заранее определившись по какому протоколу будет передача данных или с каким протоколом, например, работает наша панель оператора или ПЛК. Многие преобразователи частоты поставляются в стандартной комплектации еще со старым добрым протоколом Modbus RTU. Обычно другие протоколы связи, такие как Profibus, CANopen, Ethernet (делятся на разные типы) и другие, производители преобразователей частоты разработали дополнительные модули расширения, которые при необходимости можно докупить у поставщика доставить в специальные слоты на ПЧ.

При возникновении сложностей с выбором ПЧ, или если у Вас есть еще вопросы, не затронутые в данной статье, прошу обращаться за нашей контактной информацией.