Передача, распределение и накопление электроэнергии

Выбор преобразователя частоты для привода переменного тока. Основные критерии

13 июня 2017 г. в 10:32
Выбор преобразователя частоты для привода переменного тока. Основные критерии

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — наиболее простой по конструкции, надежный и дешевый тип двигателя для применения в приводах промышленных механизмов и машин. С появлением современных силовых полупроводниковых приборов — IGBT-модулей и GTO-тиристоров, — созданы гибкие и эффективные преобразователи частоты (ПЧ), позволяющие регулировать скорость асинхронных электродвигателей в широком диапазоне с одновременным управлением усилием на валу двигателя. 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 преобразователя частоты 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 (cosφ) 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. В этих случаях подобрать ПЧ можно по мощности двигателя: паспортная мощность ПЧ (Sпч) должна быть больше или равна мощности, потребляемой двигателем по цепи питания.

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. Это характерно для механизмов с существенно непостоянным моментом инерции рабочей машины или когда режимы разгона, торможения и реверса повторяются часто или существенно ограничены по времени. 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. Для случая постоянного ускорения можно воспользоваться известными соотношениями для действующего значения предельного тока (Iпр) и времени разгона (∆tр):

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
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: Компания «РусАвтоматизация»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

«РусАвтоматизация» — компания, которая поставляет оборудование и проектирует системы АСУТП для автоматизации производственных процессов с 2011 года.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Преобразователи частоты DELTA ELECTRONICS (н/м)

Преобразователи частоты DELTA ELECTRONICS Преобразователи частоты, иначе частотные преобразователи, используют для управления скоростью вращения электрических двигателей. С помощью широтно-импульсной модуляции формируется трехфазное напряжение, благодаря которому электродвигатель работает с указанной частотой и моментом, экономя при этом электричество. Где используют преобразователи частоты? Данная система позволяет управлять производительностью насосов, воздуходувов и вентиляторов. Преобразователи незаменимы для подъемно-транспортного оборудования, для металло- и деревообрабатывающего, типографского оборудования, конвейеров, пескоструйных аппаратов, обрабатывающих центров и прессов. Преобразователь может значительно улучшить работу экструдеров, смесителей, центрифуг, сепараторов, вибраторов. Механизм часто используют в таких операциях как: намотка, протяжка, резка и т.п. Для чего нужен преобразователь частоты? Частотные преобразователи управляют скоростью, вращающим моментом и плавно распределяют нагрузки электронных двигателей. Данное устройство призвано: -Эффективно управлять частотой вращения электродвигателя. -Снизить потребление и контролировать расход электроэнергии. -Улучшить машинную автоматизацию. -Удлинить срок эксплуатации оборудования. Предлагаем Вам: Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-VL Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-VE Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-F Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-G Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-L Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-B Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-CP2000 Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-C2000 Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-EL Преобразователи частоты Delta Electronics VFD-E Надеемся, что эта информация будет Вам полезна и поможет определиться с выбором! За дополнительной информацией обращайтесь к нашим специалистам! С уважением, Электроэнергетика.
Преобразователи частоты DELTA ELECTRONICS (н/м)

ПРОДАМ: Электродвигатели, редукторы, частотные преобразователи в наличии на складе в Симферополе

Общепромышленные электродвигатели серии 5АИ, 4АМ, АИР, АМУ, 5А, 5АИ, АД; Электродвигатели по стандарту DIN АИС; Многоскоростные электродвигатели: двух-трёх-четырёхскоростные; Крановые электродвигатели с фазным ротором серии МТФ, МТН, ДМТФ, ДМТН; Крановые электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии МТКФ, МТКН; Двигатели взрывозащищённые серии ВР, АИМ, АИММ, АИУ, В, 2В, ВАО; Электровигатели повышенного скольжения АС, АИРС Электродвигатели однофазные электродвигатели АИРЕ; Электродвигатели с электромагнитным тортозом АИР Е, АИР Е2; Электродвигатели для частотного регулирования АДЧР; Асинхронный электродвигатель с датчиком скорости АМКТ Редукторы и мотор-редукторы одно- двухступенчатые червячные, цилиндро-червячные и планетарно-червячные: Ч, 2Ч, 1Ч, 5Ч, 6Ч, 9Ч, Ч2, 5Ч2, 1МЧ, МРЧ, 2МР4, 5МЧ, 6МЧ, 9МЧ, 1МЧ2, МЧ, МЦЧ, МПЧ, МП2Ч с межосевыми расстояниями от 40мм до 320 мм Редукторы цилиндрические одноступенчатые: 1ЦУ-100, 1ЦУ-160, 1ЦУ-200. 1ЦУ-250, Ц-200Н, Ц-250Н, Ц-3000Н, РЦ1-150, ЦО-300 Редукторы цилиндрические двухступенчатые: 1Ц2У-100, 1Ц2У-125, 1Ц2У-160, 1Ц2У-200, 1Ц2У-250, Ц2У-315Н, Ц2У-355Н, Ц2У-400Н, Ц2-250, Ц2-300, Ц2-350, Ц2-400, Ц2-500, Ц2-650, Ц2Н-450, 2Ц2-100Н, 2Ц2-125Н, 2Ц2-160Н, 2Ц2-200Н, 2Ц2-250Н, 2Ц2-280Н, Ц2СП-580, Ц2У-315К, Ц2У-400К Редукторы цилиндрические двухступенчатые крановые: РМ-250, РЦД-250, РМ-350, РЦД-350, РМ-400, РЦД-400, РМ-500, РМ-650, РМ-750, РК-450 Редукторы цилиндрические трехступенчатые: 1ЦЗУ-160, 1ЦЗУ-200, 1ЦЗУ-250, ЦТНД-315, ЦТНД-400, ЦЗУ-315, ЦЗУ-355, Ц3У-400Н, 2Ц3-125Н, 2Ц3-160Н, 2Ц3-200Н, 2Ц3-250Н, 2Ц3-280Н. Редукторы цилиндрические крановые вертикальные: ВК-350, ВК-475, ВК-550, В-125(ф), ЦЗВК(ф)-125, ВК-160(ф), ЦЗВК(ф)-160, В-200(ф), ЦЗВК(ф)-200, В-250(ф), ЦЗВК(ф)-250, В-400, А-400 Редукторы цилиндрические крановые вертикальные усиленные (стальные усиленные корпуса): ВКУ-500М, ВКУ-500М1, ВКУ-610М, ВКУ-610М1, ВКУ-610СПР, ВКУ-750М, ВКУ-765М. ВКУ-765М1, ВКУ-765СПШ Частотные преобразователи Инстарт
Лапшин Сергей · ООО"Ареал" · Сегодня · Россия · Респ Крым
Электродвигатели, редукторы, частотные преобразователи в наличии на складе в Симферополе

ПРОДАМ: Бесколлекторные двигатели Assun Motor

Бесколлекторный электродвигатель — это устройство, преобразующее постоянный ток в механическую энергию вращения. Особенностью бесколлекторных двигателей является отсутствие ограничений в частоте вращения ротора благодаря отсутствию щеток и коллектора. Благодаря широкому диапазону скоростей, высокой мощности и надежности, возможности адаптации под специальные условия, решение купить бесколлекторный двигатель является хорошим выбором для решения различных задач. В нашем каталоге представлен широкий ассортимент электронных и электромеханических компонентов и готовых решений ведущих мировых производителей. Мы напрямую работаем с производителями, поэтому готовы предложить полный ассортимент товаров каждого бренда, включая те, что производятся под индивидуальный заказ. Для точной подборки или поиска нужных аналогов по техническим параметрам, оставьте заявку для связи с нашим специалистом. Мы подберем варианты оптимального решения для Вашей задачи из полного ассортимента технических каталогов товаров производителей.
Воронцова Марина · ИНЕЛСО · 17 апреля · Россия · г Санкт-Петербург
Бесколлекторные двигатели Assun Motor

ПРОДАМ: Конвейеры, электродвигатели, редукторы, частотные преобразователи

Электродвигатели (0,09 — 355 кВт) — общепромышленные (АИР, 5АИ, SDN, MS и т.д), взрывозащищенные (АИМУ, АИМУР, АИМЛ), однофазные (АИРЕ, 5АИЕ), высокольтные (ДАЗО, ВАО, ВАО2, А4); — шаговые электродвигатели и сервоприводы; Компрессоры винтовые дизельныеи электрические ЗИФ — редукторы и мотор-редукторы (червячные — NMRW, DRW, Ч, 2Ч; соосные — R, H, МЦ2С; конические — А, В, К; планетарные — 3МП, МПО и т. д.) импортные и отечественные; Компрессоры винтовые дизельные и электрические ЗИФ, -частотные преобразователи (общепромышленные, для тяжелых нагрузок, для вентиляции и однофазных двигатлей — от 0,2 до 355 кВт); — устройства плавного пуска — конвейеры с постоянной и переменной скоростью (регулировка механическим и электрическим способм) — насосы (ЭМШ, Д, К, КМ, ЭЦВ, ВВН, Х, АХ, ХМ, СД, ГНОМ, ЦМФ, ЦМК, ВК, ВКС, ВКО, ЦНС (г), НМШ, НМШФ, НМШГ, Г, АГ, БГ, НД,) и станции управления к ним; — вентиляция и теплотехника; — АСУ ТП и шкафы управления; Осуществляем подбор необходимого оборудования под ваши задачи и требования, даем рекомендации по проектированию оборудования `с нуля`, осуществляем подбор аналогов и импортозамещение, модернизация и автоматизация производств. На всю продукцию распространяется гарантия от 1 года. Машиностроителям и производителям — особые условия сотрудничества и дополнительные скидки!
Лапшин Сергей · ООО"Ареал" · Сегодня · Россия · Респ Крым
Конвейеры, электродвигатели, редукторы, частотные преобразователи

ПРОДАМ: Щеткодержатели к электродвигателям

Предлагаем щеткодержатели к электродвигателям и генераторам постоянного и переменного тока. Крановые щеткодержатели к МТF, MTH, MTM; (щеткодержатели 0-7 габарита). Щеткодержатели к тяговым электродвигателям ЭД118А, ГС515, ГС517, ГП311, ГП312; А-706, А-705 (щеткодержатели 5ТХ112.058, 5ТХ112.034). Щеткодержатели к турбогенераторам ТГВ-200, ТГВ -300, ТВВ-800 (щеткодержатели ДБ). Щеткодержатели к экскаваторным электродвигателям и генераторам ДЭ, ДПЭ, 2ПЭМ, 4ГПЭМ, ПЭ, СДЭ2 (щеткодержатели ДП, ДГ, ДПГ). щеткодержатели следующих типов и размеров: щеткодержатель ДГ 16х25 (16х32; 20х32; 25х32) щеткодержатель ДГП 20х32 (25х32) щеткодержатель ДП 16х32 (20х32; 25х50) щеткодержатель ДБ 20х32 (22х30; 25х32) щёткодержатель ДТрПс2 щёткодержатель ДТрПс4 щёткодержатель ДРПк2 щёткодержатель ДРПч2 щёткодержатель ДРПч к генераторам ГС515, ГС517 щёткодержатель ДРПч3 к электродвигателям ЭД118А щёткодержатель ДТнПк к генераторам ГП312, ГПА600 (БЕЛАЗ) и др щёткодержатель РТП щёткодержатель ЕИВЦ 685 щеткодержатель ЭК-590 щеткодержатель ЭДП-600 щеткодержатель НБ-418 Поставляем щетки меднографитные марок МГ, МГСО, МГ-4 и щетки электрографитированные ЭГ-4,ЭГ-14, ЭГ-74, ЭГ-61А, ЭГ-2А, ЭГ-84, ЭГ-71.
Давидзон Вячеслав · ООО «Контакт+» · 15 апреля · Россия · Белгородская обл
Щеткодержатели к электродвигателям
Компания ANDELI GROUP является производителем широкого спектра низковольтного, трансформаторного и высоковольтного оборудования, а также электромонтажной арматуры и сварочного оборудования. Ассортимент производимой продукции насчитывает более 300 серий и свыше 10000 наименований.