Как подобрать частотный преобразователь для вентилятора

Обновлено: 04.05.2024

Говоря о приводной технике, мы в первую очередь подразумеваем такой класс приборов как преобразователи частоты (ПЧ). С момента, когда промышленность сделала доступные по цене мощные IGBT-транзисторы, считай модули, преобразователи частоты быстро получили широкое распространение, а компания РусАвтоматизация, исходя из накопленного опыта, аккумулировала большой спектр предложений от разных производителей разного уровня. В этой статье мы делимся самыми распространёнными вопросами относительно выбора преобразователя частоты.

1. Нужно ли выбирать преобразователь частоты с запасом по мощности?

Выбирать преобразователь частоты с запасом по мощности не имеет практического смысла, крутящий момент на валу электродвигателя не определяется мощностью преобразователя частоты, а цена двух устройств близкого номинала отличаться на 10-20%. Выбирается номинал преобразователя частоты, прежде всего, по току электродвигателя. Номинальное значение тока преобразователя частоты должно быть незначительно больше или равно номинальному току электродвигателя.

Для некоторых серий частотных преобразователей производитель указывает две мощности, что это значит?

По характеру нагрузки электродвигателя существует два режима работы:

Легкий режим работы, он же насосный или вентиляторный.
Этот режим работы характерен для центробежных механизмов, момент нагрузки которых пропорционален квадрату скорости вращения рабочего колеса, а мощность, потребляемая центробежным механизмом, изменяется пропорционально кубу частоты вращения рабочего колеса, что позволяет применять частотные преобразователи меньшей мощности
Нормальный режим работы, он же общепромышленный.
Этот режим работы характерен для конвейеров с постоянным моментом нагрузки и подъемно-транспортных механизмов с высоким пусковым моментом.

К примеру, модель частотного преобразователя Instart FCI-G3.7/P5.5-4B подходит для электродвигателя мощностью 3,7 кВт в общепромышленном режиме или 5,5 кВт в насосном режиме.

2. Что выбрать: преобразователь частоты или устройство плавного пуска?

Устройство плавного пуска (УПП, софт-стартер) и преобразователь частоты два класса разных устройств, отчасти имеющие схожий функционал.

Основное назначение устройства плавного пуска (УПП) – снижать пусковые токи и потребляемую мощность в момент запуска электродвигателя. Устройство плавного пуска работает короткое время в момент запуска и фактически разгоняет электродвигатель до номинальной скорости, после чего коммутирует питание электродвигателя через обводной или встроенный байпас.

Основное назначение преобразователя частоты – регулировка скорости вращения выходного вала двигателя, преобразуя частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, преобразователь частоты работает непрерывно все время работы электродвигателя.

3. Нужно ли переплачивать за более дорогой преобразователь частоты?

Этот вопрос сложный и ответить на него не так легко, как хотелось бы, но мы, как минимум, попробуем внести ясность.

На цену преобразователя частоты в общем случае влияет:

• Метод управления, реализованный в ПЧ, скалярный или векторный

В основе скалярного метода управления лежит принцип постоянства отношения U/f=const. Устройства, реализующие скалярный метод управления, считаются более простыми и в общем случае подходят для управления нагрузкой с низким пусковым моментом на валу электродвигателя.

В основе преобразователей частоты, реализующих векторный режим управления, лежит значительно более сложная математическая модель, с постоянным отслеживанием или расчетом положения вала электродвигателя для поддержания постоянства крутящего момента. Скалярный режим управления в таких устройствах поддерживается по умолчанию, а векторный режим требует пользовательского программирования.

• Наличие встроенных интерфейсов и функционала

Как и в любой технике, преобразователь частоты содержит кроме основного функционала, дополнительные функции, встроенные интерфейсы удаленного управления, некоторые модели содержат в себе полноценные функции ПЛК. Дополнительный функционал – это плюс, но в первую очередь необходимо оценить необходимость такового, прежде чем сравнивать цену двух устройств.

• Плата за бренд

В этом пункте мы не раскрыли ничего нового, действительно переплата за бренд существует, ничего личного, это просто маркетинг. Но мы убеждены, переплата за бренд должна быть разумной, поэтому предлагаем, в том числе, преобразователи частоты от компании Delta Electronics которая входит в тройку лидеров по количеству производимых частотных приводов. Кроме своего имени, отсчитывающего время с 1971 года, компания Delta Electronics может предложить широкую номенклатуру частотных преобразователей: экономичные, компактные, универсальные, специализированные для лифтов, для насосов и вентиляторов.

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:

Тип и характер нагрузки;
Величина номинального тока подключенного двигателя;
Величина питающего напряжения;
Требуемая точность и диапазон регулирования скорости;
Необходимость режима торможения;
Способы управления электроприводом;
Требуемые функции управления и защиты.

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

Характер нагрузки

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

Важным также являются параметры питающей сети. Наиболее часто встречающимся вариантом является - питание преобразователя частоты от трехфазной 380В.

В общем случае возможны следующие группы напряжений:

НН: 110 В, 220 В, 380В (690 В) – НН, низкое напряжение
СН-2: 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ - СН-2, среднее второе напряжение,
СН-1: 35 кВ - среднее первое напряжение

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:

Отдать энергию обратно в сеть (рекуперация);
Остановить электродвигателем путем понижения частоты питающего напряжения статора. В таком случае избыточная энергия выделится в виде тепла на радиаторах;

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:

Скалярное управление;
Векторное управление.

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:

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:

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):

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:

Максимальный потребляемый ток.
Перегрузочную способность преобразователя.
Тип нагрузки.
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!

Преобразователь частоты — электронное устройство, которое управляет скоростью вращения трехфазного асинхронного двигателя. Изменение частоты выходного напряжения меняет скорость вращения ротора электродвигателя. Это важное оборудование в работе промышленных, энергетических, любых объектов, где используют электроприводы.

Современные ПЧ, кроме своей основной функции, позволяют контролировать и менять много других параметров в процессе работы двигателя. Поэтому они имеют широкий круг применения, а правильный выбор частотного преобразователя — задача, которая требует определенных знаний.

Применение

Современные частотные регуляторы используют для:

Поддержания и изменения скорости вращения электродвигателя.
Плавного пуска и торможения двигателя. Это снижает слишком большой пусковой ток и момент — исключает удары, рывки и повышенные механические нагрузки на привод. Таким образом, ПЧ защищает его и увеличивает срок службы оборудования.
Поддержания нужного значения параметра за счет изменения скорости вращения двигателя. Таким параметром может быть: температура, давление, расход жидкости.
Защиты электродвигателя при коротком замыкании. Преобразователь страхует при отклонениях от номинального напряжения сети, контролирует температуру механизма, не допускает перегрева. Благодаря этому ПЧ обеспечивает более длительную и надежную работу привода, уменьшает затраты на обслуживание и ремонт техники.
Экономии потребления электроэнергии при частично загруженном двигателе до 50%.
Точного управления и регулировки сложного оборудования движения: краны, конвейеры, лебедки.

Преобразователи частоты в основном используют на разных производствах в металлургии, энергетике, нефтяной сфере, для очистных сооружений, конвейерных линий. Также их применяют в бытовых сферах: погружные насосы, системы отопления в коттеджах и домах.

Базовые параметры

Подбор частотного преобразователя начинается с изучения основных характеристик.

Количество питающих фаз и номинальное напряжение

Если не учесть эти параметры и неправильно подключить оборудование, возникнут аварийные ситуации, и техника выйдет из строя.

Выпускают однофазные и трехфазные модели ПЧ. К однофазному на вход подключают однофазную сеть напряжением 220В, а на выходе получают три фазы с линейным напряжением 220В или 380В. К трехфазному подключают три фазы, соответственно.

Однофазный преобразователь, как и трехфазный, предназначен для управления трехфазным асинхронным двигателем и способен решать те же задачи.

Важно, чтобы номинальное напряжение питания двигателя не превышало питание ПЧ, а значения параметра питающей сети и электропривода совпадали.

Диапазон выходной частоты

Через изменение частоты выходного напряжения происходит управление скоростью вращения вала. Нужно обращать внимание на диапазон значений выходной частоты преобразователя, распространенный интервал — от 0 до 400 Гц.

Мощность

Ее значение у частотного преобразователя должно быть равно мощности двигателя либо превышать его. При работе с высокими пусковыми нагрузками допустимо, чтобы мощность ПЧ была выше на одну–две ступени: при этом нагрузка на преобразователь ниже — он будет меньше греться и прослужит дольше.

Важно помнить, что мощность двигателя зависит от КПД и коэффициента мощности, а указанное на электродвигателе значение относится к механической мощности двигателя на валу, а не к потребляемой от источника питания активной мощности, как у других электроприборов.

Номинальный ток

Электропривод не работает в идеальном режиме — всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Чтобы обезопасить привод от возможных перегрузок, фактический длительный рабочий ток двигателя не должен превышать номинальный выходной ток частотного преобразователя.

Самый правильный метод определения рабочего тока — измерение его значения во время работы двигателя.

Чтобы правильно подобрать частотный регулятор, необходимо знать номинальные характеристики самого прибора и электродвигателя. Нужная информация есть в технической документации и на корпусе приборов.

На что еще обратить внимание

Кроме базовых характеристик, выбор частотного преобразователя делают на основе его типа управления и дополнительных возможностей.

Тип управления

По режиму управления преобразователи частоты делят на скалярные (вольт-частотные) и векторные.

Скалярный режим

Преобразователи с таким типом управления дешевле и проще в настройке, но не обеспечивают точной регулировки в широких пределах. При слишком низких или слишком высоких частотах параметры двигателя могут изменяться: при увеличении нагрузки двигатель замедляется, при уменьшении — ускоряется. При постоянной нагрузке скорость вращения не меняется.

ПЧ со скалярным управлением позволяет работать с несколькими двигателями одновременно, если обеспечить дополнительную защиту по току для каждого электродвигателя.

Вольт-частотный режим используют, когда параметры нагрузки заранее известны и стабильны. Например, для работы насосов, вентиляторов, конвейеров, упаковочных станков, прессов.

Векторный режим

Основная задача частотников с этим типом управления — поддерживать постоянную скорость вращения при резко меняющихся нагрузках. Это возможно за счет автоматической регулировки выходного напряжения.

Преобразователи такого вида имеют широкий диапазон режимов и настроек, стабильно работают при изменяющейся скорости и на сверхмалых оборотах. Они стоят дороже, требуют тонкой настройки и работают только с одним двигателем.

Векторное управление обычно применяют при работе с кранами, подъемными механизмами, на дробилках, буровом оборудовании и другими нагрузками, где нет четкой зависимости момента нагрузки от скорости вращения.

Дополнительные возможности

Функции управления

Можно выполнять плавный разгон и плавное торможение двигателя по заданному времени, повышение и понижение оборотов, поддержание определенной частоты.

Способ отвода тепла

Во время работы преобразователи частоты выделяют большое количество тепла. Поэтому их устанавливают на радиаторы для охлаждения. В определенных моделях частотников есть мощная система охлаждения с помощью кулеров, что позволяет снизить габариты и вес радиаторов.

Способность к перегрузкам

Современные частотные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией могут выдерживать перегрузки до 200%.

Встроенный тормозной резистор

При обычном отключении питания торможение двигателя происходит по инерции, если нет естественного сопротивления: воды в трубе, потока обратного воздуха. Тормозной резистор создает искусственное торможение для быстрой остановки электродвигателя.

Диапазон регулирования

Важен, когда нужно регулировать электропривод в широком диапазоне. Например, если надо подстраивать производительность насоса — регулировка будет происходить в пределах 10% от начального значения.

Защита корпуса

Перед тем, как выбрать преобразователь частоты, важно понимать, где он будет расположен. Если это место с повышенной влажностью, надо установить прибор с высоким классом защиты от влаги и пыли (IP54, IP55).

Умные опции

Поддержка ПИД-регулятора

Регулятор осуществляет дополнительное управление. Частотники со встроенным ПИД-регулятором могут точно поддерживать технологический параметр по датчику обратной связи: скорость, давление, влажность, температуру.

Особенности выбора для разного оборудования

Выбор частотного преобразователя во многом зависит от условий использования устройства и от целей, для которых его подбирают.

Для насоса

В этом случае преобразователь частоты нужен, чтобы защитить трубопровод от гидроударов во время запуска насоса, а двигатель — от выхода из строя и работы в аварийном режиме. Для этого ПЧ должен обеспечивать плавный пуск насосов и плавное изменение частоты вращения электродвигателя.

Также пригодится алгоритм работы с несколькими двигателями: режим чередования или каскадный. При чередовании насосы используют по очереди для равномерного износа двигателей.

Каскадный режим применяют, когда нужно одним ПЧ управлять несколькими насосами. Частотник небольшой мощности регулирует производительность или давление, включая в работу только необходимое количество насосов. В таком режиме можно работать с насосами разной мощности, тогда ее значение у преобразователя определяется самым мощным насосом.

Для грузоподъемной техники

Современное крановое оборудование, лебедки — сложные механизмы. Поэтому преобразователь частоты для электропривода такого устройства должен обладать максимальной перегрузочной способностью, уметь управлять механическим тормозом двигателя и иметь свой встроенный тормозной резистор.

Важно сделать выбор в сторону модели с возможностью получать обратную связь от электропривода. Это нужно для быстрого обмена информацией между звеньями системы, непрерывного мониторинга всех процессов и точного управления параметрами в процессе работы.

Правильно подобранный преобразователь частоты обеспечивает надежное управление электродвигателем крана, перемещение груза на разных скоростях без раскачиваний и дает максимум производительности.

Для конвейерного оборудования

При запуске подобной техники возникает повышенная нагрузка на ее детали и пусковой ток, превышающий номинальный в 6–7 раз. Это приводит к повышенному износу узлов или перегреву электродвигателя, что является самой частой причиной сбоев и поломок такого оборудования.

Для конвейеров очень важны плавный разгон и торможение без рывков, пробуксовок, остановок, а также одинаково заданная скорость движения. Поэтому для этого вида устройств нужно выбрать преобразователь частоты, который автоматически регулирует скорость ленты, устраняет перегрузки во время запуска, отводит излишки энергии при торможении с помощью специального модуля.

Такой частотный регулятор повысит уровень надежности и продлит срок работы техники.

Для вентиляторного оборудования

Преобразователь частоты для такого устройства стоит выбирать с дополнительным датчиком, который оперативно передает информацию о текущей потребности в воздухе на ПЧ. Частотник изменяет скорость вращения двигателя, что позволяет экономить электроэнергию на 20–40%.

Также регулятор должен обеспечивать плавные пуск и остановку вала, чтобы защищать электропривод вентилятора от скачков тока и перегрузок.

Читайте также: