Ни для кого не станет откровением то, что красота требует жертв. Факт этот давно известен и общепринят. Однако жертвы могут быть разные. Вот и Александру Ярошенко, практикующему электрику и электротехнику, а также автору блога «СамЭлектрик.ру» в этот раз пришлось пожертвовать собственными знаниями, умениями, навыками и главное, временем для того чтобы довести до ума станок для полировки обуви. А зачем? Всё просто — чтобы прелестные дамы могли сиять, так сказать, со всех сторон. Ведь обувь, тем более женская, — важный аксессуар гардероба и выглядеть плохо он просто не может. Более того, не должен. Ну а о том, как и с помощью чего происходил процесс доводки до ума полировального станка, можно почитать в обзорной статье.
Про преобразователи частоты (ПЧ) слышали все, кто имеет дело с электрическими двигателями. Я постоянно имею с ними дело на работе, и вот дошли руки написать про реальную установку и настройку ПЧ. Предупреждаю — теория по работе и устройству ПЧ очень обширна, и если начать об этом рассказывать, статья получится огромной. А лучше, чем в официальной документации, мне не написать. Да и зачем? Поэтому решил сразу перейти к делу, рассказав про реальное подключение преобразователя частоты на промышленном оборудовании. Но всё же сначала немного теории для тех, кто немного не в курсе.
Для чего нужен преобразователь частоты?
ПЧ — самое совершенное электронное устройство, через которое можно крутить асинхронный двигатель. Вот основные функции преобразователя частоты:
- Пуск/стоп двигателя.
- Плавный разгон/замедление (торможение).
- Изменение рабочей скорости от 0 до 100 % и выше номинала.
- Защита двигателя (их несколько — по току, температуре и др.).
- Реверс.
- Несколько вариантов управления (дискретное, аналоговое, по программе — от кнопок, реле, потенциометров, датчиков, контроллера, и т.д.).
Преобразователь частоты имеет несколько названий, которые используются на равных условиях:
- преобразователь частоты (ПЧ) — официальное название, его использует большинство производителей в своей документации,
- частотный преобразователь (ЧП),
- частотник — можно считать жаргоном, но в разговоре употребляется наиболее часто,
- инвертор,
- Inverter, Frequency converter (FC), Variable frequency drive (VFD) — на английском.
Все эти названия могут использоваться в других сферах, поэтому иногда нужно уточнять. Что касается темы статьи, наша сфера — подключение преобразователя частоты для трехфазных асинхронных двигателей.
Конечно, асинхронный двигатель можно не только через ПЧ, для этого есть несколько различных устройств. По подключению двигателей у меня много статей, вот основные:
- Схемы подключения трехфазного электродвигателя.
- Схемы подключения магнитного пускателя.
- Подключение двухскоростного асинхронного двигателя.
- Схемы подключения двигателя «Звездой» и «Треугольником».
- Реле для управления двигателем по схеме «Звезда-Треугольник».
- Мягкий пускатель (софтстартер) — устройство и применение.
- Устройство плавного пуска (УПП) электродвигателя. Пример применения.
- Описание работы схем на реле и контакторах.
Схема включения и работа преобразователя частоты
Схема включения ПЧ, если очень просто, выглядит так:
«Для чего тут эта элементарная схема?» — спросите вы. Тем не менее, есть инженеры-электронщики, которые нарисовать её не смогут. Она может быть ещё проще, если убрать внешнее управление. Ведь управлять ПЧ можно непосредственно с передней панели.
Работа преобразователя частоты, если говорить о приведенной выше схеме, описывается просто: Три фазы на входе, три фазы на выходе. На входе три фазы имеют, как правило, линейное напряжение 380 В с частотой 50 Гц. В зависимости от типа подключенного двигателя, линейное напряжение на выходе изменяется от 0 до 380 В, при этом выходная частота зависит от напряжения, и может меняться от 0 до 100 Гц и более (там уже не выдерживает механика). Как зависит частота от напряжения, описывает вольт-частотная характеристика, которая в простейшем случае будет линейной:
Этот график — ключевой для понимания принципа работы преобразователя частоты и его настройки. Обратите внимание — на вольт-частотной характеристике приведены названия основных точек и номера параметров.
Конечно, в таких делах очень много нюансов, но не буду вдаваться в подробности. Если нужно много теории и принципов работы ПЧ — в конце статьи будет что скачать и почитать, в том числе мою обзорную статью в журнале.
На этом введение можно закончить. Дальше будет пример подключения ПЧ. Там я на практике покажу, какие параметры настраиваю и почему.
Для чего понадобился ПЧ
Ко мне обратился старый знакомый с обувного производства. Ему для предпродажной подготовки женских сапог требуется операция полировки, чтобы сапоги блестели.
Кстати, я уже делал у него пресс горячего тиснения, где установил регулятор температуры ФиФ. Теперь на сапогах можно получать красивые изображения.
Станок для полировки был в отвратительном состоянии, но его удалось привести в чувство, перебрав советские контакторы и подсоединив двигатели. Тем не менее, для качественной обработки поверхности кожи было предпочтительно, чтобы линейная скорость полировки могла меняться. Кроме как ПЧ, другими способами это сделать невозможно. Замена шкивов не рассматривалась — скорость нужно менять оперативно и без инструментов.
В результате я установил преобразователь частоты Delta. Подключил и настроил его так, что можно менять обороты подключенного через него двигателя нажатием кнопок на панели управления. Дальше — подробности.
Устройство станка, перед установкой ПЧ
Итак, вот, что мы имели исходно:
В станке два двигателя — вытяжка пыли и привод полировки:
Слева на фото — вводной автомат и контакторы. Это вся схема станка:
Ещё есть три кнопки управления: пуск вытяжки, пуск полировки, стоп:
Вытяжка нас не касается, хотя кнопки для её включения я устанавливать буду. А двигатель полировки подключим через ПЧ:
Шильдик асинхронного двигателя, который предстоит подключить через частотник:
При подключении ПЧ очень важно знать параметры двигателя. Загвоздка была в том, что на шильдике информация у него не читалась. Ведь настраивается единый привод, а это связка ПЧ+двигатель. Забегая вперед скажу, что по внешнему виду двигателя я определил, что это движок на 3000 об/мин, а измерением тока и испытаниями я понял, что мощность двигателя — 1 кВт.
Вспомнил, что по двигателям у меня есть ещё статья — что такое пусковой ток двигателя, и как его узнать.
Установка и подключение преобразователя частоты
Теперь расскажу и покажу пошагово, как я смонтировал частотник. Для начала приготовил переднюю панель:
Панель изготовил из текстолита. На ней будут закреплены кнопки с НО и НЗ-контактами (без фиксации), и вольтметр в качестве тахометра.
Если говорить просто, вся переделка заключалась в том, что я выкинул контактор и поставил преобразователь частоты Delta, на 1,5 кВт:
Честно говоря, 1,5 кВт — многовато, то есть, ПЧ я выбрал с большим запасом (почти в 2 раза). Меньше мощность найти не удалось. Тем лучше с электрической точки зрения — запас карман не тянет.
Фото установки преобразователя частоты:
Знаю, что монтаж выполнен не идеально, хорошо бы использовать наконечники и бандажи на провода, но давайте не будем об этом.
Ноль в питании станка и частотника не используется, приходит только 3 фазы и земля (PEN проводник).
Не берите с меня пример — от РУ защитный проводник должен приходить на РЕ-шину и с каждой отдельной клеммы — отдельно на клемму ПЧ, на корпус и ещё куда надо.
Что получилось
В итоге панель управления приобрела такой вид:
Наклейки на кнопки я сделал при помощи программы Splan и самоклейки по методике, описанной в статье «Моя эволюция маркировки». Как всё работает, будет понятнее, если я приведу электрическую схему.
Схема подключения преобразователя частоты
После переделки вся схема станка, содержащая два привода, имеет вид:
Первым делом скажу, приводы вытяжки и полировки имеют две общих части — питание и кнопку «Стоп». Кнопка «Стоп» (SB3) имеет два электрически независимых контакта, которые останавливают оба привода сразу.
Особо придирчивые читатели обязательно упрекнут меня в моих словах, что «ноль в питании станка не используется». Но у меня готов ответ: привод вытяжки подключен по классической схеме с самоподхватом, о которой я писал неоднократно. Ссылки — в начале статьи.
Рассмотрим поближе то, что нас интересует — схему подключения ПЧ:
По силовой части я уже говорил, там всё просто. Теперь по части управления.
На схеме обозначены названия клемм, их видно и на фото установки. Чтобы вся схема работала правильно, все эти клеммы нужно правильно запрограммировать — без этого в подключении ПЧ никуда. Поэтому настройка ПЧ и его подключение — два неразрывно связанных понятия.
По настройке и подключению ПЧ читайте также мою статью про установку частотника в станок для резки труб. Далее буду говорить применительно к конкретному ПЧ (инструкция в конце статьи).
Перед настройкой ПЧ желательно вернуть его параметры к заводским настройкам (по умолчанию), особенно, если он где-то уже использовался. Все параметры, которые я менял, сведены в таблицу:
Таблица параметров ПЧ | |||||
---|---|---|---|---|---|
Номер | Название | Значение | Описание значения | ||
00,03 | Отображаемый на дисплее параметр при подаче питания | 1 | Фактическая выходная частота | ||
01,00 | Максимальная выходная частота Fmax | 60 Гц | Ограничение регулировки сверху | ||
01,01 | Частота максимального напряжения | 50 Гц | Номинальная частота двигателя | ||
01,08 | Нижний предел выходной частоты | 30 % | Ограничение частоты снизу (от Fmax=60 Гц — это 18Гц) | ||
02,08 | Скорость изменения частоты | 0,1 | Работа кнопок больше/меньше | ||
03,04 | Коэффициент усиления аналогового выхода | 103 % | Коррекция показаний вольтметра | ||
03,08 | Режим работы встроенного вентилятора | 3 | При нагреве ПЧ | ||
04,04 | Режим управления пуск/стоп | 2 | Трехпроводная схема без фиксации | ||
04,06 | Функция входа MI4 | 11 | Уменьшить выходную частоту | ||
04,07 | Функция входа MI5 | 10 | Увеличить выходную частоту | ||
06,01 | Токоограничение при разгоне | 100 % | Защита ПЧ | ||
06,02 | Токоограничение при работе | 90 % | Защита ПЧ | ||
06,03 | Защита от превышения момента (OL2) | 2 | Защита ПЧ | ||
06,04 | Уровень перегрузки OL2 | 100 % | Защита ПЧ | ||
06,06 | Тепловое реле защиты двигателя (OL1) | 0 | Режим для стандартного двигателя | ||
07,00 | Номинальный ток двигателя (1 кВт) | 2,2 | Для работы теплового реле 06,06 |
Такую таблицу настроек очень полезно иметь в документации к любому ПЧ — это поможет в обслуживании, настройке и ремонте. У нас на предприятии это входит в состав документации на оборудование.
Двигатель в работе на номинальной мощности не используется, ведь полировка — это очень нежный процесс. Поэтому нагрева и тем более перегрузки ни у двигателя, ни у частотника не ожидается. Ток двигателя на низких частотах, до 30 Гц — до 1,5 А (падает КПД), на высоких, до 60 Гц — до 1 А. Скорость меняется кратковременным нажатием.
Индикация скорости
А что, так можно было?
Крутая фишка многих ПЧ — выходные дискретные и аналоговые клеммы. На них можно запрограммировать множество событий. Например, в статье про установку ПЧ в лентопильный станок (труборезку) я рассказал, что выходное реле замыкается по достижении целевой частоты и дает сигнал на следующую функцию. Тут я использовал аналоговый выход для индикации оборотов двигателя. Для этого установлена функция аналогового выхода «Индикация выходной частоты» (параметр 03.03=0). При этом максимальная частота 60 Гц соответствует напряжению 10 В. Я немного скорректировал показания вольтметра (на 3 %) в параметре 03.04.
Таблица скоростей ПЧ | ||
---|---|---|
Показания вольтметра | Вых. Частота | Обороты двигателя |
3,4 | 20 | 1200 |
5,1 | 30 | 1800 |
6,8 | 40 | 2400 |
8,4 | 50 | 3000 |
9,3 | 55 | 3300 |
10 | 60 | 3600 |
Выходное аналоговое напряжение подается на вольтметр постоянного напряжения с пределом 30 В. В результате оператор станка на индикаторе наблюдает число, которое однозначно соответствует скорости полировки. На этом всё. Двигатель крутится, обувь полируется, а женщины радуют нас своими блестящими сапожками!
Дополнительная информация от коллег. Рекомендую посмотреть — увлекательно и познавательно.
Скачать
Как и обещал, выкладываю для скачивания материалы по теме:
- 4_82__2018_Elec VFD Samelectric.ru/Обзорная статья в журнале «Электротехнический рынок» от автора блога «СамЭлектрик.ру» про преобразователи частоты — устройство, назначение и примеры применения в промышленном оборудовании.
- Manual VFD-EL_UM_RU_2016/Руководство по эксплуатации на частотник «Дельта», о котором идет речь в статье.
- VFD Danfoss manual/Просто о сложном. Популярная книга про устройство и принципы работы преобразователей частоты и асинхронных двигателей.
- Соколовский. Учебник по ПЧ для вузов/Соколовский Г.Г. «Электроприводы переменного тока с частотным регулированием». Учебник.
- Сандлер, Сарбатов. Частотное управление./Сандлер, Сарбатов. «Частотное управление асинхронными двигателями», «Библиотека по автоматике», 1966 г. Старая советская книжка, но очень хорошо расписана теория.
Автор: Александр Ярошенко/"СамЭлектрик.ру"