Ответы на часто задаваемые вопросы по преобразователям частоты (ПЧ). Выбор, управление и конфигурирование.
- Какой диапазон регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с помощью ПЧ?
Преобразователь частоты позволяет разогнать вал двигателя от 0 оборотов до номинальных оборотов и даже выше номинальной скорости, примерно в 1,5 — 2 раза.
Более важным является диапазон регулирования скорости с сохранением номинального крутящего момента на валу электродвигателя. Этот диапазон зависит от серии преобразователя частоты (отличие в алгоритме управления по математической модели мотора). - До какой максимальной скорости можно раскрутить вал стандартного общепромышленного асинхронного двигателя с помощью ПЧ?
Максимальная частота выходного напряжения перечисленных выше преобразователей частоты составляет 400Гц. При увеличении частоты питающего мотор напряжения выше номинальной, на крутящий момент начинают влиять увеличивающиеся потери в магнитной и электромеханической системах мотора. В основном, на частотах больше 120% от номинальной происходит существенное снижение крутящего момента, а на частотах 200-240% возрастает скольжение и мотор даже без нагрузки останавливается. Кроме того, повышенные скорости вращения ротора приводят к ускоренному износу подшипников, усилению вибрации, в следствии которых возможно разрушение частей электромотора или изоляции обмоток и короткое или межвитковое замыкание в статоре.
Хотя, если значительное повышение оборотов вала мотора производится кратковременно (для лабораторных испытаний), то вероятность повреждения мотора не столь высока.
Если необходимы высокие скорости (например, 6000, 12000, 24000 оборотов в минуту), нужно использовать электрошпиндели и запитывать их, например, через преобразователь частоты. - Будет ли электродвигатель греться, если установить с помощью частотного преобразователя маленькую скорость вала?
Если электродвигатель работает на низкой скорости, то он будет нагреваться. Это происходит из-за того, что крыльчатка вентилятора вращается медленно и не создает необходимый поток воздуха для охлаждения. Кроме того, если на этой скорости требуется крутящий момент близкий к номинальному, то увеличится потребляемый ток, а пропорционально увеличению протекающего тока усиливается нагрев.
Существует несколько способов решения этой проблемы:- Установить понижающий обороты редуктор, это позволит увеличить обороты мотора, а на выходном валу редуктора увеличится крутящий момент;
- Применить двигатель с независимым охлаждением (или дооснастить существующий), другими словами, вместо вентилятора на валу двигателя устанавливается электровентилятор с независимым питанием;
- Двигатель выбирается на 1-2 типоразмера больше расчетного. В результате за счет больших габаритов двигатель меньше греется. Также этот способ применяется там, где вентиляция невозможна, например из-за пыли.
Общие рекомендации: - Использовать двигатели с встроенным датчиком температуры, его сигнал заводится в преобразователь частоты (при технической возможности) и сигнализирует о перегреве;
- Класс изоляции обмоток электродвигателя должен быть не ниже F (155ºC), лучше H (180ºC).
- Выбор преобразователя частоты
Нужно ли брать преобразователь на шаг номинала мощнее электродвигателя?
В подавляющем большинстве случаев не нужно. Преобразователь частоты по мощности выбирается номинал в номинал с мощностью двигателя, но всегда нужно проверять, чтобы номинальный выходной ток преобразователя был больше или равен номинальному (и потребляемому, когда двигатель работает с перегрузками) току двигателя.
Преобразователь частоты необходимо выбирать с запасом в следующих применениях:- Подъемно-транспортное оборудование (лифты, краны,…),
- Оборудование с большим моментом инерции и с высокими динамическими требованиями: большие пусковые токи и генерация значительной энергии при остановке (центрифуги с разгоном/остановкой до 1/3минут,…),
- В задачах, в которых по технологическому процессу или в силу влияния законов физики возможны кратковременные значительные увеличения потребляемого мотором тока (120%…150% на время более 30…60сек или 150%…200% на время более 0.5сек).
- Помехозащита. Когда применяются сетевые (входные) дроссели? Обязательно ли их применение?
Входные сетевые дроссели предназначены для защиты частотного преобразователя от пиковых скачков напряжения в сети. Частотные преобразователи защищены от плавного перепада напряжения, но чувствительны к резким броскам. Поэтому, входные дроссели применяют в нестабильных промышленных сетях (пульсации и провалы напряжения) и в сетях, в которых перекосы трехфазного напряжения более чем 3%, при наличии конденсаторной станции автоматического повышения коэффициента мощности cosφ (конденсаторных батарей), если подключены один или несколько более мощных преобразователей к одной сети, к сети подключены тиристорные устройства (устройства плавного пуска, управляемые тиристорные выпрямители для моторов постоянного тока, тиристорные преобразователи частоты), при проведении электросварочных работ. Однофазные преобразователи, подключенные к таким промышленным сетям тоже должны применяться с дросселями. В бытовых сетях дроссели обычно не применяют.
Применение сетевых дросселей не обязательно, если нет ни одного из выше указанных обстоятельств, тем не менее, применение сетевых дросселей настоятельно рекомендуется во всех случаях, когда мощность преобразователя частоты 30 кВт и выше. - Когда применяются высокочастотные фильтры? Обязательно ли их применение?
Сетевые фильтры FPF, FPFB, BTFB трехфазного и однофазного исполнения (синоним: высокочастотные фильтры, фильтры ЭМС) предназначены для защиты сети от помех, которые генерирует преобразователь частоты. Система с этими фильтрами будет соответствовать стандарту IEC/ EN 61800-3 (EN5011 группа 1) класса А.
Принцип работы частотного преобразователя – это, посредством широтно-импульсной модуляции формирование близкого к синусоиде тока в обмотках мотора, частота которого может меняться от 0Гц до 400Гц, т.е. при генерации выходного напряжения используется высокая частота коммутации транзисторных ключей (обычно 3-6кГц). Поэтому любой частотный преобразователь, независимо от производителя, наводит высокочастотные помехи в сеть.
Для большинства промышленных сетей это не так важно, в 90% случаев эти фильтры не применяются, что не скажешь про бытовые сети. - Программирование и мониторинг преобразователей частоты. Какие есть способы программирования преобразователей частоты?
Частотные преобразователи можно программировать:
1) С клавиатуры, встроенной в частотный преобразователь;
2) С компьютера с помощью бесплатного программного обеспечения;
3) С дополнительного (или собственного съемного пульта) которая крепится, например на дверь шкафа. - Нужно ли использовать автоматический выключатель чтобы подать напряжение на преобразователей частоты?
Применение автоматического выключателя (трехполюсного или двухполюсного – зависит от типа преобразователя) обязательно! Автоматический выключатель должен быть с характеристикой «В» или «С». Номинальный ток автоматического выключателя подбирается по данным из паспорта к соответствующему преобразователю частоты. Желательно применять автоматический выключатель с защитой от утечки на землю. - Нужен ли пускатель между преобразователем частоты и сетью?
Не нужен, но если его наличие требуется схемой управления, то может стоять, но его контакты должны надежно замыкаться и размыкаться, без дребезга и искрения в процессе работы преобразователя. Осуществлять запуск мотора одновременно с подачей напряжения пускателем на преобразователь частоты ЗАПРЕЩАЕТСЯ. Остановка мотора снятием напряжения с ПЧ возможна. Винты на всех зажимах линии питания от трансформатора до преобразователя, на клеммах преобразователя и мотора должны быть затянуты. - Как быть если длина кабеля от преобразователя частоты к мотору более 20 метров?
Если невозможно сократить длину питаюищего кабеля до 20 м, то рекомендуется установить на выходе преобразователя частоты моторный дроссель. С дросселем длина кабеля увеличивается примерно до 100 метров. Если требуется длина кабеля до 300 – 350 метров, то нужно вместо моторного дросселя установить RLC – фильтр.