Как подобрать частотный преобразователь для трехфазного электродвигателя
Управление трехфазным двигателем
С помощью частотного преобразователя можно изменять параметры напряжения, поступающего на обмотки двигателя, что напрямую влияет на скорость вращения и крутящий момент.
В современной практике наиболее востребованы частотные преобразователи, работающие по принципу двойного преобразования. Их конструкция включает четыре основных компонента:
- Выпрямительное устройство.
- Звено с конденсаторами для стабилизации постоянного тока.
- Инверторную часть на высокоскоростных IGBT-транзисторах.
- Систему управления преобразователем.
Принцип работы частотного преобразователя заключается в следующем:
Сетевое переменное напряжение сначала поступает в выпрямитель, где происходит его преобразование в постоянное. После этого сигнал проходит через звено постоянного тока, где очищается от остаточных переменных составляющих. Затем напряжение направляется в инвертор, где с помощью последовательного переключения электронных ключей формируется импульсный сигнал с требуемой частотой. Благодаря индуктивным свойствам обмоток электродвигателя, импульсный сигнал трансформируется в синусоидальный. Для улучшения качества выходного напряжения на входе преобразователя иногда устанавливают L-фильтры, которые дополнительно корректируют форму сигнала до идеальной синусоиды.
Руководство по подбору частотного преобразователя для трехфазного электродвигателя
При разработке системы электропривода особое внимание уделяется подбору частотного преобразователя, что требует учета ряда важнейших характеристик оборудования.
Основные параметры при выборе преобразователя частоты: анализ мощности и тока
При подборе частотного преобразователя (ПЧ) с учетом комплексной электрической мощности и номинального тока электродвигателя применяются следующие расчетные формулы:
- Iпч = (1,05…1,1) × Iдв, где Iпч и Iдв – номинальный ток преобразователя частоты и двигателя, соответственно, интервал 1,05…1.1 – коэффициент запаса (отношение величины максимального тока к номинальному значению);
- Рпч = Uдв × Iдв × √3 / 1000, где Pпч – искомая мощность ПЧ, Uдв и Iдв – напряжение и ток двигателя, соответственно.
При подборе частотного преобразователя (ПЧ) по номинальному току необходимо учитывать определенный запас прочности. Для этого используется специальный коэффициент запаса, который умножается на значение тока двигателя.
Ниже представлена таблица с значениями коэффициента запаса по выходному току для частотных преобразователей.
|
Мощность в кВт |
0,2...1 |
1...2 |
2...10 |
10...50 |
| 1 категория нагрузки | 1,3...1,2 | 1,3...1,2 | 1,2...1,1 | 1,1...1,05 |
| 2 категория нагрузки | 1,7...1,5 | 1,5...1,3 | 1,3...1,2 | 1,2...1,1 |
| 3 категория нагрузки | 2,2...1,8 | 1,8...1,6 | 1,6...1,4 | 1,4...1,3 |
1 категория нагрузки характеризуется лёгким запуском и умеренным динамическим моментом. В эту категорию входят вентиляторы и водяные насосы.
2 категория нагрузкисвязана с быстрым запуском под нагрузкой и повышенным динамическим моментом сопротивления. В эту категорию входят ленточные транспортёры и конвейеры, шлифовальные станки и другие подобные механизмы.
3 категория нагрузки связана с тяжёлым запуском и большим динамическим моментом. К этой категории относятся краны, грузоподъёмное оборудование, экструдеры и аналогичные механизмы.
После проведения расчётов необходимо выбрать из таблицы типоразмеров ПЧ значение его номинальных параметров, наиболее близкое к требуемым. Важно учесть, что ток или мощность преобразователя должны превышать или быть равны аналогичным параметрам двигателя.
Алгоритм выбора преобразователя частоты
Также принимают во внимание диапазон регулирования скорости и крутящего момента, перегрузочную способность, климатические условия эксплуатации, используемые промышленные коммуникационные протоколы, функциональность, уровень защиты от пыли и влаги.
Способы управления
По типу управления существуют скалярные и векторные преобразователи частоты.
Скалярные ПЧ подходят для приводов с постоянной нагрузкой и управлением по простым алгоритмам, а также для группового управления несколькими двигателями с помощью одного ПЧ.
Вот примеры применения скалярных преобразователей частоты:
- вентиляторы в системах вентиляции, градирнях и сушилках;
- насосы в инженерных и технологических системах;
- металло- и деревообрабатывающие станки;
- конвейеры и упаковочное оборудование.
Векторные преобразователи частоты используются в электроприводах с меняющейся нагрузкой и в оборудовании, где важно точное управление моментом и скоростью, позиционирование и высокий начальный момент.
Применение векторных преобразователей частоты:
- Экструдеры.
- Испытательное оборудование.
- Лифты и подъёмное оборудование.
- Станки и линии для раскатки, волочения и размотки.
Некоторые преобразователи частоты поддерживают скалярный и векторный методы управления, которые можно настроить в соответствии с потребностями оборудования.
Назначение и набор функций
Общепромышленные и специализированные устройства различаются.
Общепромышленные устройства имеют базовый набор функций: настройка разгона и остановки, ПИ- или ПИД-регулятор, автоматическая адаптация двигателя и другие функции, которые настраиваются в процессе программирования.
Специализированные устройства имеют специализированные настройки для определённого типа привода, такие как пропуск резонансных частот и автоматический подхват для вентиляции. Набор функций преобразователя частоты должен соответствовать требованиям к электроприводу.
Протоколы связи
Для децентрализованных систем управления не нужны преобразователи частоты с поддержкой промышленных коммуникационных интерфейсов. Однако для оборудования в составе автоматизированных систем управления технологическим процессом требуется преобразователь частоты с совместимым протоколом обмена данными, таким как CAN, MODBUSRTU, PROFIBUS, PROFINET или EtherCAT.
Исполнение
Условия эксплуатации требуют, чтобы климатическое исполнение и степень защиты преобразователя частоты от пыли и влаги были подходящими.
При этом учитывают:
- Класс защиты IP.
- Высоту над уровнем моря.
- Температуру окружающей среды.
Также учитываются наличие в воздухе горючей или взрывоопасной пыли, химически активных веществ, уровень влажности.
Электромагнитная совместимость
Преобразователи частоты считаются нелинейной нагрузкой, создающей паразитные гармоники и радиопомехи. Уровень искажений должен соответствовать требованиям к качеству сети и интенсивности радиопомех. Иногда необходимо использовать активные и пассивные входные и выходные фильтры.
