Однофазный частотный преобразователь на EG8010 с PFC и чистым синусом

Однофазный частотный преобразователь на EG8010 с PFC и чистым синусом.

Хочу представить вам следующий этап развития частотного преобразователя.

Краткая предыстория: потребовалось мне как-то регулировать скорость вращения однофазного асинхронного двигателя (канального (вытяжного) вентилятора), для чего единственным адекватным решением является частотный преобразователь, и, не найдя подходящих вариантов, я начал заниматься разработкой его на платформе Arduino, что оказалось крайне увлекательно, полезно и не так просто, как казалось изначально. Однако через некоторое время результат все-таки был получен, пусть не совсем тот, который хотелось бы, но все же он работал, и поставленные задачи выполнял. Об этом подробно написано в моей предыдущей статье. Основным же недостатком моего частотника была форма напряжения на выходе (далека от синуса, больше похожа на параболу). И как раз в это время мне попадается информация о китайской микросхеме EG8010 (и плате собранной на ее базе EGS002) на базе которой и было решено собрать следующую версию частотного преобразователя.

Итак, основная задача все та же: получить на выходе переменное напряжение синусоидальной формы с возможностью регулирования его частоты и амплитуды. Модуль EGS002 является мостовым контроллером однофазного частотного преобразователя со всеми необходимыми защитами и обратной связью. На выходе такой преобразователь, в зависимости от конфигурации, может выдавать синусоиду от 0 до 400Гц, с постоянной, либо с изменяющейся пропорционально частоте амплитудой. Несущая частота нарезки синуса составляет 23кГц. Также он умеет работать в униполярном и биполярном режиме (второй не используем, поэтому не будем про него). Помимо этого есть возможность подключения дисплея, вентилятора, внешнего термодатчика (для управления вентилятором) и даже подключения через порт RS2323. Для питания модулю требуется +5в для процессора и логики драйверов ключей (IR2113) и +12в (+15в) для управления затворами этих самых ключей. Ну и, само собой, напряжение, из которого формируется синусоида (от 12в до 400в), в моем случае +340в.

В документации на плату есть ошибки в самой первой схеме, как в английском, так и в русском варианте, будьте внимательны:

Изначально я пробовал подавать в качестве высокого напряжения выпрямленное сетевое. И первый тестовый вариант платы как раз был просто с входным фильтром и диодным выпрямителем. Однако, как выяснилось в ходе экспериментов, напряжения этого недостаточно (в зависимости от напряжения сети +300в, максимум +310в), на выходе инвертора удавалось получить максимум 180-190 вольт, что не позволяло запустить вентилятор на максимальных оборотах, да и к тому же при низком напряжении не работает понижение напряжения при снижении частоты, что недопустимо для асинхронного двигателя.

Возникла необходимость повышать входное напряжение. Как оказалось, для получения на выходе 220в, с запасом на стабилизацию, необходимо подавать не менее +340в. Самым очевидным способом решения этой задачи является использование схемы корректора коэффициента мощности или PFC. Изучив те микросхемы, что были в местных магазинах, было принято решение собирать PFC на микросхеме ICE2PCS01G. Этот контроллер работает в continuous conduction mode (CCM), если не ошибаюсь, по-русски это будет в режиме «неразрывного тока», что дает такие плюсы, как невысокий уровень помех в питающую сеть и небольшие потери в дросселе. Также данная микросхема позволяет регулировать основную частоту ШИМ и имеет минимальное количество элементов в обвязке. Общие моменты по работе с микросхемой описаны в даташите, а расчет значений элементов обвязки под конкретные параметры ведется в онлайн-калькуляторе на сайте производителя https://www.infineon.com/ (калькулятор становится доступен после регистрации). Номиналы элементов соответствуют схеме за исключением дросселя PFC, наилучшие результаты показал дроссель от компьютерного БП с индуктивностью 0,6-0,7 мГн, это несколько меньше расчетного значения (1,5 мГн). Питается контроллер от внешнего БП напряжение в +15в. После сборки единственное что остается, это подстроечным резистором R15 выставить на выходе напряжение в +340в. Снабберная цепочка (R29, C20) желательна, но не обязательна, при такой небольшой нагрузке все и без нее прекрасно работает. Выпрямительный входной диодный мост желательно выбирать с обратным напряжение не менее 1000в, с учетом выбросов на дросселе.

Схема модуля PFC:

Далее про силовую часть, собственно инвертор. Схема так же взята из даташита на EG8010, тут рассказывать особо нечего, единственным отличием являются диоды (D1,D6,D7,D8), они шунтируют внутренний медленный диод транзисторов, защищая последний от высоковольтных выбросов обмоток подключаемого двигателя, для этого подойдут диоды SF38, HER38 и подобные им. Силовые транзисторы в даташите указаны IRF840, но я использовал 9N90 в изолированном корпусе, считаю что менее чем на 900в брать нежелательно. Выходной дроссель, как советуют многие, использовавшие данную плату, лучше всего мотать на кольцах марки МП-140, я использовал пару колец размером 24х13х7мм полукруглой формы, получив тем самым сердечник с размерами 24х13х14мм соответственно,. Индуктивность для этого дросселя по даташиту – 3,3 мГн, однако в моем случае при такой индуктивности дроссель сильно нагревался, и наилучшие результаты получились при индуктивности порядка 6 – 7 мГн, мотался проводом 0,4 мм * 2 жилы, расчетная длина провода около 6,5 м.

Схема силовой части:

Питание. Я не стал изобретать велосипед, а просто оставил место на плате под отдельный AC-DC преобразователь размерами до 60мм*28мм, благо у тех же китайцев на али их навалом, на любой вкус (в моем случае на преобразователе убраны диодный мост и высоковольтный электролит, т.к. на него итак приходит уже выпрямленное сетевое напряжение). Лучше всего использовать источник с выходным напряжением 15в (для уверенного открытия силовых ключей), это напряжение подается на драйверы IR2113 (расположены на модуле EGS002), а также им питается контроллер PFC (ICE2PCS01G), далее напряжение сначала понижается преобразователем LM7812 до 12в для питания вентилятора, а после LM7805 до 5 вольт соответственно, которые уже идут на питание самой EG8010 и на питание логики драйверов.

Немного про доработку платы EGS002. Как я уже писал, у нее несколько вариантов работы, по умолчанию плата сконфигурирована для использования в инверторе и перемычки запаяны таким образом, что на выходе должно получиться ровно 50Гц, однако, нам это не подходит.

В данном случае нужен режим VVVF (Variable Voltage and Variable Frequency Mode), режим с переменной частотой и переменным напряжением в диапазоне частоты от 0 до 100 Гц.

Для этого нужно чтобы на ножке 18 был высокий уровень, 19 – низкий а так же высокий на 32 ножке, для разрешения изменения напряжения при изменении частоты. С 19 ногой делать ничего не нужно она и так сидит на земле, а вот 18 и 32 нужно аккуратно отпаять от платы, поднять, чтоб они не касались контактных площадок и подтянуть их к +5в, мне кажется, проще всего это сделать, подключив их к пину питания VCC (26 нога), должно получиться как то так:

Помимо этого необходимо 16 ногу также отпаять, поднять от платы и сделать от нее отвод, туда будет подключаться потенциометр для регулировки частоты. Остальные перемычки можно не трогать и оставить по умолчанию, они отвечают за настройки и плавного пуска и дедтайма. Перемычка JP9 включает подсветку дисплея, запаивается по желанию, я подключил туда кнопку без фиксации.

Регулировка частоты осуществляется через изменение напряжения на 16 пине (FRQADJ) с помощью потенциометра на 10 кОм, крайние контакты которого подключаются к +5в и земле, а к бегунку как раз и подключается 16 нога и конденсатор на землю для компенсации помех. Однако у такой схемы подключения есть нюансы, частота регулируется в диапазоне от 0 до 100 Гц, что для поставленной цели избыточно.

Напомню, вместе с частотой изменяется и амплитуда (действующее значение напряжения), изначально при первом запуске устанавливается значение частоты равное 50 герцам и с помощью потенциометра PR1 настраивается напряжение в 220-230 вольт на выходе. Теперь и далее при регулировке частоты соотношение напряжение/частота останется постоянным, следовательно, при повышении частоты, будет повышаться и напряжение, но, при питании +340в максимально, что можно получить, это примерно 230в переменного напряжения на выходе, т.е. частота повышаться будет, но напряжение останется тем же. На практике это выглядит так: двигатель набирает обороты до 50 герц, а при дальнейшем повышении частоты скорость вращения начинает снижаться, двигателю не хватает напряжения, ротор начинает сильней отставать от скорости вращения магнитного потока, в таких случаях говорят: увеличивается скольжение двигателя, падает крутящий момент, возрастают потери на нагрев, в общем, для двигателя это не хорошо. Похожая ситуация наблюдается и при чрезмерном снижении частоты. Чтобы избежать этих проблем необходимо ограничить диапазон регулировки напряжения на 16 пине и, соответственно, частоты. Сделать это можно добавив по резистору последовательно с потенциометром с обеих сторон:

При тестах оптимальным оказался такой вариант: со стороны +5в резистор 10 кОм, со стороны земли 4 кОм. В итоге эта манипуляция дает ограничение регулировки частоты от 17 Гц до 58 Гц, ну и бонусом более плавная регулировка. Элементы припаяны навесным монтажом прямо на выводы потенциометра. Потенциометр на 10 кОм многооборотный.

Далее технические моменты и испытания. При первоначальных тестах нагрева почти не было, ни на силовых ключах, ни на ключе и диоде PFC. Поэтому с радиатором особо мудрить не стал, взял алюминиевый уголок 20мм*10мм*2мм и из него сделал один общий радиатор. Изолировать от него ничего не пришлось, т.к. все транзисторы и диод в изолированных корпусах. Единственное что греется в этой схеме – это выходной дроссель, и то максимум до 48 градусов после часа работы при температуре окружающего воздуха +26. Поэтому для охлаждения достаточно отверстий в корпусе. Однако разъем для подключения вентилятора имеется, ровно как и место в корпусе сверху (небольшой вентилятор толщиной 10 мм влезет точно). Включается обдув примерно при 40 градусах (датчиком температуры является NTC термистор 10 кОм R17).

Немного о сборке и включении, если кто вдруг соберется повторить. Рекомендую сначала не запаивать модуль EGS002, включить в сеть и подстроечным резистором R15 выставить напряжение на выходе PFC в 340 вольт, далее, уже запаяв модуль и установив на нем частоту в 50Гц, подстроечным резистором PR1 установить напряжение на выходе в 220-230 вольт.

Вся конструкция изначально проектировалась под корпус Gainta G1037B размерами 189мм*113мм*66.6мм, плата размерами 168мм*103мм, двухслойная, заказывалась в Китае, (фоторезистом делал только тестовый вариант) все компоненты размещены на одной стороне, за исключением контроллера PFC, он был только в корпусе SOIC-8 поэтому остался на противоположной стороне. Плата на картинках немного отличается от готовой, т.к. после там были поправлены некоторые моменты.

Плата (картинка) и фото в сборе:

И чуть процесса отладки и первых тестов)

Проект открытый, создан на платформе EasyEDA находится тут: https://easyeda.com/Amatroskin/pfc-inv

На этом все, всем спасибо за внимание. Жду вопросы, замечания, конструктивную критику.

Как подключить однофазный двигатель к преобразователю частоты?

Помимо распространенных 3-х фазных асинхронных двигателей, на рынке предлагают однофазные моторы. Чаще всего ими являются насосы и вентиляторы. Самые популярные агрегаты в промышленности и в быту. И тут возникает вопрос? Как же ими управлять и регулировать скорость. Способов великое множество. Но самый эффективный, это когда подключают преобразователь частоты для однофазного двигателя.

Из этой статьи вы узнаете:

Всем привет! С вами Гридин Семён, и в этом посте мы поговорим с вами о нюансах управления асинхронными однофазными двигателями. Какой способ управления лучше? Разберём такой вопрос — частотное управление двигателем более подробно.

Однофазный асинхронный двигатель

Наибольшее применение такие моторы нашли в быту и малом бизнесе. Они необходимы там, где нет трёхфазной сети. Мощность их ограничивается лишь частотой сети. Сами по себе аппараты маломощные, в диапазоне от 500 Ватт до 2 килоВатт.

Принцип работы однофазного двигателя заключается в смещении обмоток в пространстве относительно друг друга. Ключевым моментом является сдвиг фазы в обмотках на 120 градусов. Главным «фазосдвигателем» у нас является конденсатор. Как правило, он подключён последовательно в цепи статорной обмотки.

По конструкции моторы могут различаться. Так что, не к любому можно подключить преобразователь частоты, нужно обращать внимание прежде всего на схему подключения обмоток. Двухфазный двигатель с рабочей и пусковой обмоткой точно не сможет запуститься, совсем другой принцип работы. Мы к этому ещё вернёмся.

Способы подключения мотора

А теперь давайте рассмотрим несколько способов подключений:

конденсаторный способ;
частотный способ;
фазовое управление с помощью симистора;

Какой из способов лучше всего? Знаете, всё зависит от задачи, которую нужно решить. А так на вкус и цвет, сами знаете.

Если вы мало знакомы с преобразователем частоты, можете ознакомиться в статье «Чего вы не знаете о преобразователе частоты?»

Конденсаторный способ подключений

Бюджетное подключение трехфазных моторов к однофазной сети. Просто цепляем конденсатор последовательно в цепи обмотки и превращаем аппарат из трехфазного в однофазный. Вот схема:

Сп — пусковой конденсатор, а Ср — рабочий конденсатор. Как подбирать ёмкость в этом случае я расписывать не буду. В просторах интернета есть полно информации по этому поводу.

Фазовое управление с помощью симистора

Это один из самый старых способов управления. Две обмотки двигателя подключаются параллельно, одна из них с конденсатором. К точкам обмоток соединяем симисторный регулятор. Их актуальность, по-моему мнению, ещё не пропала. Лучше всего использовать для не тяжёлых нагрузок (вентиляторы, насосы).

Важно! Учитывайте, что сим. блоки в основном предназначены для активной нагрузки. Так как мотор — это индуктивная нагрузка, поэтому активный ток делим примерно на 10. Если ток активной нагрузки равен 50, то индуктивный будет 5.

На выходе устройства формируется напряжение сетевой частоты 50 Гц и настраивается среднеквадратичное число. Таким образом мы меняем время открытого состояния симистора за период следования напряжения. Единственный недостаток: момент на валу падает относительно снижения напряжения. Вот вам пример Autonics SPK1:

Входы для регулировки скорости универсальные. Сюда можно подключить и потенциометр 1 кОм, и датчик с токовым сигналом 4-20 мА, и напряжение 0-5 В.

Частотный способ

О популярности преобразователя частоты нет смысла говорить. Так как это устройство давно известно всем. Частотный способ является основным в нашем 21 веке. Скорость регулируется с помощью ШИМ-модуляции. Достаточно сложный девайс, требующий отдельной статьи. По входному напряжению существуют как и 380 В, так и 220В. Но что же получается по выходу?

На рынке есть готовые варианты и на однофазный, и на трёхфазный электродвигатель. Просто нужно подобрать схемное решение.

Но, бывают случаи когда ПЧ с однофазным выходом не по карману. Или у вас на полке лежит трёхфазный ПЧ. Давайте рассмотрим вариант подключения мотора к преобразователю частоты.

Подключение преобразователя частоты и однофазного двигателя

В такой схеме есть ряд существенных недостатков:

Запуск двигателя происходит при минимальной частоте 30 Гц;
Частоту ниже 30 Гц можно регулировать, но не рекомендуется, очень вредно для движка;
Есть нюанс с настройкой пускового напряжения, требуется немного загрублять параметр;

Для решения вопроса с подключением двух устройств поможет нам обычный дроссель. Катушка индуктивности поможет нам подавить ёмкость в схеме, таким образом давая возможность частотнику спокойно подавать синусоиду на движок. Да, вот схема:

Всё элементарно, правда. Видео, к сожалению не сохранилось. Выкладываю фото с ПЧ Eaton и однофазным насосом.

Производителей ПЧ в мире очень много. Поэтому из настроек я могу направить вас примерно и в общих чертах, если будут возникать проблемы с подключениями. Основная мысль заключается в том, что при пуске двигателя минимальное напряжение и частоту поднять вверх. Но делать это нужно осторожно и аккуратно, есть шанс спалить мотор.

И еще рекомендую ограничить минимальную частоту на 30 Гц, чтобы не допустить запуска вхолостую и перегрева. Двигатель начинает сильно греться, при пуске на низких частотах.

На этом у меня всё, друзья.

Мне очень нравится кататься на велосипеде. Ещё больше — модернизировать, добавлять что-то новое и интересное. Я совсем недавно в просторах интернета нашёл комплект электромотора для заднего колеса. Комплекты существуют, как и для переднего колеса, так и для заднего:

Загорелся идеей поставить и на свой велобайк. Может кто сталкивался? Кто-то ставил? Хочу увидеть ваше мнение. Пишите в комментариях.

Надеюсь моя статья помогла вам определиться с выбором подключения однофазного двигателя? Если что-то не дописал, напишите в комментариях, исправлю. )

P.S. Небольшой анонс следующей статьи:

Широкая доступность фотоустройств породила новую проблему — потребность в эффективных инструментах цифрового монтажа. На этом рынке традиционно доминирует профессиональный графический пакет Adobe Photoshop. Но, не стоит ограничивать свой кругозор только им. Существует огромное количество достойных фоторедакторов, покрывающих 90% повседневных нужд фотографов-любителей.

Спасибо за то, что читаете мои статьи! Всего вам доброго!!

С уважением, Гридин Семён

Интересен блог? Подпишись и получай новости на почту

Вам так же может быть интересно

Есть конкретный двигатель (аир 1е71в2у) и частотник (danfos на 2.2квт). Можете помочь с подключением? Было бы удобно через почту пообщаться, я скинул бы подробные параметры и фото.

Пишите письмо, так удобнее разобраться с вашей проблемой.

Колесо Дуюнова. Что скажешь?

Сталкивался только в «трубе».

Они бают о 120% КПД.

Опасный агрегат получается.

Я пока не знаю, я только в теории знаю об этом колесе.

Семён, доброго времени суток. Если вы заинтересовались мотор колесом Дуюнова, то я вам могу помочь с информацией о нём и о проекте народного инвестирования.

Проект «Двигатели Дуюнова» утвержден к вступлению в особую экономическую зону!

17 декабря 2018года, состоялось заседание межведомственной комиссии по вопросу получения компанией «СовЭлМаш» резидентства особой экономической зоны.

После долгих месяцев ожидания, проект «Двигатели Дуюнова» прошел, все необходимые согласования и был утвержден на вступление в особую экономическую зону “Технополис «Москва» на площадку «Алабушево».

Читайте также:

Установка новой прокладки крана

Сейчас проходит этап оформления протоколов и сопутствующих бумаг.

На основании этого, есть необходимость актуализировать проект с учетом принятых решений, провести корректировку графика выполнения работ, с учетом которого будет производиться строительство и корректировка смет из-за изменений в законодательстве.

После предоставления всех актуализированных документов с «СовЭлМаш» будет заключен договор. С момента подписания этого договора, проект Дуюнова становится резидентом ОЭЗ!

Команда уже приступила к необходимым действиям по площадке будущего инженерно-конструкторского предприятия: запрошены коммерческие предложения у нескольких застройщиков. На основании предложения, которое станет оптимальным для проекта, будет разработан архитектурный план и выполнена проектная документация на строительство.

Уже даны распоряжения о приобретении временных переносных сооружений — бытовок для строительной площадки, скоро приступим к подготовке зоны для застройки будущего конструкторского бюро.

Это большой и очень долгожданный шаг проекта вперед, позволяющий снять всевозможные сомнения о его реализации.

Частотный преобразователь для насоса водоснабжения

Приводами насосных агрегатов служат асинхронные или синхронные электрические двигатели. Главный недостаток электрических машин переменного тока – затруднение регулировки частоты вращения ротора и высокие пусковые токи. От скорости вращения зависят основные характеристики насоса – производительность и напор.

Для регулировки рабочих параметров насосных агрегатов применяются:

Задвижки, заслонки и вентили. Запорная арматура позволят изменять давление в сети, подачу жидкости.
Каскадное включение и отключение. При этом несколько насосов подключают к сети параллельно, регулировка характеристик достигается изменением количества одновременно работающих агрегатов.
Применение двигателей с фазным ротором. При этом рабочие параметры насоса регулируют путем изменения напряжения на обмотках.

Такие способы имеют ряд серьезных недостатков. При применении задвижек существенно увеличивается гидравлическое сопротивление сети и потери напора и давления, также возрастает вероятность гидравлических ударов.

Каскадная работа требует установки резервных насосов, при этом невозможно регулировать напор и расход в диапазоне производительности одного агрегата, а также плавно изменять напор и расход. Такой способ оправдан только в крупных сетях водоподачи теплоснабжения, а также в автономных системах с большим перепадом расхода.

Установка электродвигателя с фазным ротором позволяет изменять скорость вращения рабочего колеса. Это наиболее перспективой способ регулирования рабочих характеристик, однако, двигатели такого типа позволяют изменять скорость вращения в небольшом диапазоне. Кроме того, стоимость таких электрических машин существенно выше двигателей с короткозамкнутым ротором.

Для плавной регулировки производительности насосных агрегатов применяют преобразователи частоты. Принцип действия устройств основан на зависимости скорости вращения ротора от частоты тока и напряжения на обмотках электрической машины.

Регулирование напора и расхода насоса путем изменения частоты на обмотках статора лишен недостатков каскадного регулирования, изменения параметров путем регулировки пропускной способности труб запорно-регулирующей арматурой.

Преобразователи частоты могут применяться в цепях асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронных машин с обмотками и постоянными магнитами.

Принцип работы электропривода насосов с регулировкой производительности по давлению.

Самый распространенный способ регулирования подачи воды в небольших автономных водопроводных системах – изменение производительности по давлению. Насосные станции для таких систем состоят из одного или нескольких насосов с частотно-регулируемым приводом, датчика давления, напорного бака, устройства управления.

При нулевом потреблении воды в системе поддерживается постоянное давление. При открытии крана, давление в трубах падает. Датчик вырабатывает сигнал, который поступает на преобразователь частоты. Устройство плавно разгоняет двигатель насоса, увеличивая производительность агрегата, при этом давление в системе поддерживается на заданном уровне. Подача насосного агрегата изменяется пропорционально расходу.

На насосных станциях с несколькими насосами при дальнейшем увеличении производительности преобразователь частоты включает резервные агрегаты. При снижении расхода, устройство плавно снижает производительность.

В приводе циркуляционных насосов автономных систем отопления применяется частотно-регулируемая схема с изменением подачи теплоносителя по температуре и давлению. В схему добавлен датчик температуры, регулировка производительности осуществляется по 2 характеристикам.

Преимущества частотно-регулируемого привода насосов.

Устройства изменения частоты применяют как для привода насосов небольших автономных водопроводных и отопительных систем, так и для централизованных сетей отопления, горячего и холодного водоснабжения. Преобразователи частоты устанавливают также в электроприводах агрегатов подачи технологических жидкостей, высокоточных дозаторов, систем автоматического тушения пожаров и охлаждения.

Частотные преобразователи позволяют:

Осуществлять плавный пуск. При запуске насоса на полную мощность резко увеличивается давление, что может привести к гидроударам. Кроме того, при старте на полном напряжении ток увеличивается в 3-5 раз и более. Преобразователи частоты снижают пусковые токи, а также снижают вероятность гидравлических ударов.
Снизить потребление электроэнергии. При работе насосов на полузакрытые задвижки существенно снижается к.п.д. агрегатов. Преобразователи частоты позволяют регулировать подачу в зависимости от потребления путем изменения производительности. Это позволяет снизить потребляемую мощность на 20-70%.
Осуществлять автоматическое управление. Современный преобразователь частоты – многофункциональное устройство. Оборудование позволяет регулировать расход и напор по нескольким характеристикам. Устройство также защищает двигатель и насос от перегрузок, перепадов напряжения, обрыва фаз, «сухого хода», заклинивания вала, других аварий и ненормальных режимов работы.
Обеспечивать связь с удаленными пунктами управления. Промышленные преобразователи частоты, которые используют для насосных станций городского или сельского водоснабжения, централизованных сетях теплоснабжения, поддерживают базовые протоколы связи. Такие приводы встраиваются в сложные системы автоматизации.

При помощи специализированных устройств можно осуществлять групповое управление насосами на станциях, подключать и отключать резервные агрегаты, задавать алгоритмы управления.

Как выбрать преобразователи частоты.

Производители силовой электроники выпускают общепромышленные специализированные преобразователи частоты. Модельные линейки устройств специального назначения включают серии для насосных агрегатов и станций.

Частотные преобразователи такого типа имеют ряд специальных функций. Такие устройства не требуют сложной настройки, программное обеспечение, ПИД или ПИ регуляторы, опции регулирования уже содержит заводской комплект.

Для управления насосом или группой агрегатов можно приспособить общепромышленный преобразователь, однако программирование и настройка таких устройств занимает много времени, а также требует установки специального ПО. Лучше приобрести частотник специального назначения.

Примерный набор специальных функций преобразователей частоты для насосов:

Групповое управление несколькими агрегатами.
Режим сброса осевших загрязнений.
Подавление механического резонанса.
Предпусковая сушка электродвигателя.
Защита от «сухого хода», заклинивания вала.
Режим заполнения трубопровода.
Пожарный режим (для устройств насосов установок или систем автоматического тушения огня).
Специальные алгоритмы автоматического регулирования работы насосных агрегатов.

Функции оборудования зависят от модели и назначения устройства. Производители преобразователей выпускают линейки однофазных преобразователей для насосов бытового назначения с простейшим функциональным набором, серии для мощных полностью автоматизированных насосных станций.

Ряд производителей насосов, например, Wilo, Grundfos, POMPE ZANNI и другие поставляют агрегаты с приводом, куда уже встроен преобразователь частоты. Такие устройства не требуют сложной наладки. После простой адаптации к системе, оборудование полностью готово к работе.

Для модернизации электроприводов и при замене двигателей, а также при построении системы автоматизации и управления крупными насосами или станциями, преобразователь частоты подбирают по параметрам.

Устройства для частотно-регулируемого привода выбирают:

По электрическим характеристикам. Номинальное напряжение, ток, количество фаз электродвигателя должны соответствовать аналогичным параметрам устройства частотного регулирования. Мощность преобразователя лучше выбирать с запасом 10-20%. Пуск двигателей насосных агрегатов проходит в легких или средних режимах, большой запас мощности и высокая перегрузочная способность частотного преобразователя в этом случае не нужны.

По типу электродвигателя. В качестве привода насосов применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные двигатели с пусковыми обмотками и постоянными магнитами. Преобразователь должен быть адаптирован для работы с конкретным типом электрической машины.

По диапазону частот. Для циркуляционных низкоскоростных насосов достаточно преобразователя с интервалом регулирования частоты выходного напряжения от 200 до 400 Гц, для глубинных и скважных насосов с высоким напором нужно устройство от 200-800 Гц. Производитель преобразователей обычно указывает диапазон регулировки в об/мин. Это значительно упрощает выбор.

По количеству входов и выходов для датчиков и удаленных устройств управления, поддерживаемым протоколам связи. При выборе частников для проводов, встраиваемых в системы автоматизации, нужно учитывать количество аналоговых, цифровых и релейных выходов и входов для подключения датчиков, ПК пунктов управления и контроля, панелей операторов. Количество управляющих входов и выходов должно превышать число подключаемого оборудования. Это позволит не покупать новый преобразователь при реконструкции или модернизации системы АСУТП. Преобразователь также должен поддерживать протоколы связи, применяемые в автоматизированной системе. Ведущие производители силовой электроники выпускают серии частотных преобразователей с возможностью установки карт поддержки различных протоколов обмена данными.

По классу защиты от пыли и влаги. Исполнение корпуса частотного преобразователя IP должно соответствовать условиям эксплуатации. Устройства IP20-40 размещают в сухих незапыленных помещениях или электротехнических шкафах управления. Преобразователи в корпусе IP54 и IP65 можно устанавливать в местах с высокой влажностью, запыленных помещениях. Допускается размещать устройства рядом с насосом.

Как подключать частотный преобразователь к насосу.

Подключение частотного преобразователя к двигателю насосов осуществляется в соответствии с требованиями производителя и правилами устройства электроустановок ПУЭ:

Перед преобразователем устанавливают автоматические выключатели или контакторы и предохранители. Коммутационные и защитные аппараты необходимы для долговременного отключения электропривода и аварийного отключения при коротких замыканиях. Электроаппараты выбирают по типовой методике.
Сечение жил кабелей силовой цепи должно соответствовать потребляемому току. Марка кабеля и диаметр жил указывают в инструкции по монтажу. Входные и выходные силовые цепи, контрольные кабели управления прокладывают раздельно.
Заземляют преобразователь отдельным проводом сечением не меньше диаметра жил питающего кабеля. Заземление присоединяют к общему контуру напрямую. Применять для заземления нулевой проводник запрещается.
Для подключения датчиков и удаленного оборудования управления и контроля нужно использовать экранированные кабели. При длине линии больше 50 м в разрыв цепи устанавливают фильтры электромагнитных помех.
Перед подключением обмотки двигателей соединяют в звезду или треугольник, исходя из номинального значения напряжения частотника. Двухскоростные электродвигатели с фазным ротором включают на одну скорость.

Все соединения выполняют в соответствии с требованиями безопасности и электромагнитной совместимости. При необходимости во входную и выходную цепь преобразователей включают фильтры гармоник. Соответствие подключений схеме и качество контактных соединений проверяют до наладки преобразователя.

Настройка преобразователей для насоса.

Перед наладкой и первым пуском насосных агрегатов еще раз проверяют подключения. Далее отключают подачу напряжения на двигатель и подают напряжение на частотный преобразователь. При этом должны заработать вентиляторы, засветиться дисплей, а на экране должно отобразиться сообщение “OFF”.

Затем переводят преобразователь в режим настройки, вводят характеристики двигателей, диапазоны скоростей, время разгона и остановки, другие характеристики. Устройства с автоматическим определением параметров двигателей переводят в режим адаптации.

После ввода и сохранения рабочих параметров настраивают специальные функции и задают режимы регулирования.

Далее подают напряжение в выходную цепь, проверяют направление вращения вала, работу двигателя во всех диапазонах.

Промышленные преобразователи в автоматизированных системах настраивают совместно с оборудованием управления и контроля. После внесения корректировок и окончательной настройки и полной адаптации привода насосный агрегат вводят в эксплуатацию.

Установка преобразователей частоты в приводы насосов эффективна практически во всех случаях. Устройства обеспечивают увеличение энергоэффективности (до IE 5 по стандарту IEC 60034-30 2008 в приводах с синхронными двигателями на постоянных магнитах), существенно снижают износ трубопровода и другого оборудования.

Преимущество частотных преобразователей для насосов

0 commentsПринцип работы 1 октября, 2020

При расчете свойств частотного преобразователя регулируемого привода для определенной нагрузки сначала нужно определиться со свойствами нагрузок. Имеется 4 разных метода расчета нужных параметров выхода, метод зависит от свойств электромотора.

Если при расчете произойдет ошибка по мощности, то при нагрузке мотора ниже мощности частотника, устройство не защитит мотор от перегрузки, перепадов напряжения и других вредных факторов.

Если нагрузка мотора выше мощности частотника, то не будет должной эффективности работы. Малая мощность преобразователя частоты не создаст динамику работы насосов. Будут возникать периодические прегрузки.

Расчет частотного преобразователя для насоса

Перед расчетом размера частотника, нужно отличать частотное регулирование характеристики нагрузки. Они делятся:

При возрастании скорости насосов, мощность также повышается по кубической зависимости. Рабочий интервал насосов находится в пределах 50-90%. Нагрузка повышается по квадрату скорости, это 30-80%. Эти факторы выдают себя в свойствах крутящего момента электромотора, который управляется частотником.

Если момент нагрузки постоянный, то мотор регулируемого привода позволяет развивать момент, выше момента нагрузки, так как избыточный момент применяется для ускорения при разгоне. Для обеспечения повышенного момента при запуске, нужен краткосрочный момент перегрузки, который составляет 60% от момента частотника. Он также может преодолевать неожиданные повышения нагрузки.

При вычислении свойств нагрузки существуют четыре набора свойств электродвигателя, которые дают возможность выбрать тип и размер частотника, исходя из его мощности.

Частотник выбирается быстро по току потребления электродвигателя. Если мотор нагружается не на полную мощность, то его ток можно измерить на подобной системе при полной нагруженности. Если инвертор выбирается по мощности, то нужно сравнивать мощность по расчету и указанную в данных частотника, при одном напряжении. Если идет расчет инвертора по току, то этого делать не нужно, так как ток выхода частотника позволяет оказывать влияние на другие характеристики и частотное регулирование.
Применение частотных преобразователей выбирается на базе полной мощности, которая потребляется электромотором, и полной мощности, которая подается инвертором. Технические характеристики инвертора выбираются с длительной наибольшей мощностью выхода от 10 кВт и выше при постоянном свойстве крутящего момента.
Частотный преобразователь можно выбрать по мощности, которая вырабатывается электромотором. Но этот способ неточный, так как косинус и КПД с нагрузкой меняются. По техническим данным применение частотных инверторов выбирается по наибольшей мощности выхода 4,6 кВт.
Практически мощность по номиналу многих частотников соответствует стандартным. Вследствие чего инверторы регулируемого привода выбираются из этого соображения, что приводит к неточному вычислению их свойств, при неполной загрузке мотора.От конденсатора поступает ток для намагничивания мотора. Ток является реактивной величиной, протекающей от конденсатора к электромотору.Из сети идет только активная величина тока. Поэтому ток выхода инвертора всегда выше тока входа. Есть потребление тока потерь.

Для чего нужен частотный преобразователь для насоса

Современные насосы промышленного назначения действуют за счет применение мощности электромотора. Сердцем насосной установки считается именно электрический двигатель. Вначале функционирование насосной станции регулировало реле давления, и довольно сложная автоматика.

В настоящее время для таких задач применение частотных инверторов является необходимостью. Они выполняют для насоса частотное регулирование. Современные станции насосов считаются устройствами, которые невозможно нормально контролировать. Установив на насос реле, это решение только половины задачи. С преобразователем частоты насос будет функционировать в полную силу. Однако, у него большой расход электроэнергии.

Избыточное давление в трубопроводе ведет только к отрицательным моментам. Насосы имеют свои особенности, из-за которых работа получается неэффективной. Нужно помнить, что может возникнуть проблема в виде перебоев с электроэнергией, скачках напряжения и других проблемах. Это приводит к неисправностям насосов, повышенному его износу.

Можно легко решить эту проблему, сделав применение частотных инверторов обязательным. Они позволяют стабилизировать, автоматизировать и отрегулировать работу насосной станции. Часто изготовители насосов при сборке встраивают частотные преобразователи в схему установки. Внутри корпуса размещают инверторы для сглаживания напряжения, автоматику, измерительные датчики.

В моделях с повышенной стоимостью имеется микропроцессор. Также есть варианты насосных установок регулируемого привода с выравнивателями, вспомогательными аккумуляторами и т. д. Частотные преобразователи бывают 1-фазными и 3-фазными.

Принцип действия преобразователя частоты не сложный. Электричество сначала поступает на плату устройства, затем выравнивается инверторами и стабилитронами. Датчики на частотном преобразователе позволяют определять давление в системе и другие данные, которые подаются на приборы автоматики. Преобразователь частоты делает оценку нужной мощности станции насосов, выдает на насосы количество электроэнергии, требуемое для работы, не больше того.

Частотники могут создать плавный запуск электромоторов, остановить в случае аварии и т. д. Можно долго перечислять все функции, так как специалисты и инженеры постоянно ведут разработку и внедрение новых технологий в свои изделия.

Производить регулировку преобразователь может несколькими командами, которые вводят на экране и клавишами. Чем больше цена устройства, тем выше его функциональность. Частотники хорошего качества имеют множество разных режимов. Преимущества преобразователей очевидны. Их окупаемость составляет один год работы. Недостатки также имеются, но они малозначительны.

Достоинства преобразователей частоты:

Выравнивание напряжения входа.
Автоматизация насосов.
Бесшумность работы.
Отсутствие необходимости в гидроаккумуляторе.
Увеличение времени службы.
Экономия энергии.
Регулировка мощности.

Повышенная стоимость оборудования.
Требуется вмешательство профессионалов для настройки и монтажа.

Преимущества автоматического водоснабжения

Для щадящего режима работы устройства на станциях насосов производят полную автоматизацию агрегатов. Приборы передают данные диспетчеру. В домашнем хозяйстве происходит похожий процесс.

Снижение вероятности гидроударов, продлевает срок службы, снижаются расходы на эксплуатацию.
Снижается расход на электроэнергию. Уменьшаются объемы резервуаров для накопления. Сокращение расходов на помещения для персонала.

Расходы окупаются за один год.

Приборы контроля сохраняют изменения в системе. Для их контроля нужно сделать возможность регулировки насосов. Для таких целей и нужен преобразователь частоты.

Электромотор насоса включается через инвертор. Это дает возможность привести в порядок всю сеть насосов. Для водопроводов с автономной работой такой метод часто используется. Если скважина находится далеко от дома, то устанавливается повысительная станция.

В этих случаях применяют инверторный блок для насоса. Он соединил в себе разные контрольные приборы, которых нет в насосе.

Подбор инвертора, его функции

Наибольшее потребление воды идет в определенное время, остальная часть времени мощность тратится зря. Частотник дает возможность настройки системы для часа пик, чтобы была полная мощность.

Напор воды и производительность зависит от скорости вращения колеса насоса. Частотник необходим для задания нужного темпа работы. При этом частота тока меняется.

Инновационные инверторы имеют большой диапазон, могут изменять напряжение как выше, так и меньше свойств сети питания. Схема прибора делится на две части: силовую и управляющую.

Управляющая часть включает в состав микропроцессоры цифрового вида, исполняет функции защиты и контроля. Такая схема силовой части различается, частотники делятся на 2 группы. Одна включает устройства с промежуточным звеном тока.

2-я группа не имеет таких устройств, называется инверторы с непосредственной связью. Устройства без промежуточного звена имеют высокий КПД.

Экономия получается за счет малого интервала частот, или превышающего свойства сети питания. Прибор снижает частоту тока до 30 герц и меньше, значит, уменьшается расход энергии. Для промышленных нужд такие инверторы не подходят, но для применения в быту очень пригодятся.

Подбор преобразователя

Технические данные инвертора должны быть сопоставимы с мощностью и типом двигателя, с которым он работает. Необходимо также учесть интервал регулирования и уровень точности настройки, и определения момента вращения мотора.

Особенности конструкции инвертора, габариты, управление, тоже имеют значение. Чаще устанавливают асинхронные моторы. К ним преобразователи выбирают по мощности со значительным запасом, по сравнению с насосом.

Есть частотники с векторным управлением, позволяющие поддерживать обороты вала при изменяющихся нагрузках. Это важно при работе нескольких насосов.

Частотники бывают 1-фазными и 3-фазными. Степень защиты также бывает разная. Большинство производителей насосов предлагают покупателю и блоки инверторов. Они сразу совмещают частотники к конкретным моделям насосов, рекомендуют их применение.

Частотный преобразователь для насоса – принцип работы и правила монтажа

Частотный преобразователь для насоса (инвертор) осуществляет частотное регулирование насосов, стабилизирует, автоматизирует и регулирует их работу, предоставляет возможность изменять частоту напряжения для увеличения эффективности и экономичности работы насосного оборудования для систем водоснабжения, а также увеличения его износостойкости.

Установлено, что электроводонасос с частотным преобразователем может экономить до 50% электроэнергии, а работой его намного удобнее управлять.

Что собой представляют частотные преобразователи

Часто производители водонасосов еще на этапе сборки их конструкций включают в них частотные преобразователи. Например, как в насосах Грундфос, которые пользуются высоким спросом. В более дорогих моделях в качестве преобразователей используются микропроцессоры, тем не менее, не во всех насосах предусматриваются преобразователи частоты и может потребоваться их отдельное приобретение и установка.

Таким образом вы можете выбрать насос в котором уже есть частотный преобразователь для насоса и всеми опциями, так и приобретать их отдельно с возможностью подключением дополнительных возможностей, зависимо от меняющихся потребностей.

Инверторы для насосов представляют собой сочетание асинхронного двигателя с фазным ротором, который работает в режиме генератора-преобразователя. Им управляет микропроцессор, оснащенный большим функционалом, а сам частотник, несмотря на достаточно сложную конструкцию, имеет простой интерфейс, благодаря которому им сможет легко управлять обычный пользователь.

Частотный регулятор на водяной насос устанавливается на электродвигателе, в месте расположения штатной клемной коробки или на стене, в специальном шкафу. Сами инверторы отличаются по мощности и весу и характеризуются наличием надежной защиты от перегрузки.

Почему используют частотники

Есть несколько причин, почему рекомендуют использовать частотник для насосов:

Он защищает электродвигатель от токовых перегрузок и скачков напряжения.
Он нивелирует возникновение разрушительных водяных ударов, сглаживая пусковые моменты двигателей.
Он защищает насос от работы в холостую.
Он на 30-50% увеличивает экономичность функционирования насоса, а также снижает количество его поломок.

Все частотные преобразователи оснащены специальным датчиком давления, который автоматически включает или выключает насос, при этом контролируя, чтобы заданное пользователем давление в системе оставалось неизменным.

Это предоставляет возможность свободно перекачивать независимо от ее температуры и даже качать агрессивные жидкости.

Комплектации частотных преобразователей

На рынке представлено огромное количество моделей насосов с частотным регулированием на любой выбор с различным функционалом. Среди насосов с частотным преобразователем есть оборудование, оснащенное сразу всем необходимым для того, чтобы обеспечить безопасную и экономичную работу вашему насосу, а также те, которые нуждаются в дополнительной комплектации.

В первом случае вы получите более дорогую, универсальную и надежную конструкцию, а во втором – сам частотник будет недорогим, за то каждая приобретаемая опция будет стоить несколько дороже, а ее подключение и настройка должны будут производиться своими руками.

Как выбрать преобразователь

На что следует обратить внимание при подборе частотных преобразователей на свой насос:

Мощность оборудования – от этого зависит частота вращения насоса, регулируемая преобразователем.
Диапазон входного напряжения – уровень напряжения в сети, при котором частотник сохраняет свою функциональность. В этом случае стоит произвести расчет, какое напряжение может возникнуть в сети. Этот показатель позволит «пережить» преобразователю колебания напряжения в сети, полностью сохранив свою работоспособность.
Диапазон изменений частоты – убедитесь, что выбираемое оборудование выдает именно ту частоту, которую смогут поддерживать механизм насоса и его двигатель.
Количество управляющих входов – для ввода различных команд, которые могут потребоваться при управлении насосом (старт, реверс, стоп, аварийная остановка и др.). Входы устанавливаются самим пользователем. Если вы стремитесь построить сложную систему, в таком случае, чем больше входов, тем лучше, для бытого применения подойдет частотник с небольшим количеством входов.
Количество выходных сигналов – потребуются для аналогового управления преобразователем.
Метод управления – как осуществляется оперативное управление преобразователем (через входы управления с автономного или локального пульта, от ПК или контролера, переключаемое или комбинированное управление).

Учитывая представленные характеристики, вы сможете подобрать такое оборудование, которое подойдет именно для вашего насоса и для ваших нужд.

SIRIO ENTRY 230 частотный преобразователь для насосов (видео)

Что нужно знать, чтобы установить частотный преобразователь для насоса

Устанавливают частотники в специальный шкаф управления насосами (шун) с частотным преобразователем или в любое другое место, где будут соблюдены основные требования для их нормального функционирования.

Чтобы была произведена правильная установка частотного преобразователя, необходимо учесть следующие нюансы:

В месте расположения частотника необходимо обеспечить хорошую вентиляцию.
Температура окружающей среды не должна быть ниже 10˚C и выше 45˚C.
Должна соблюдаться относительная влажность менее 90%, на установленное оборудование не должна попадать вода.
В непосредственной близости с частотным преобразователем должны отсутствовать пожароопасные и легковоспламеняющиеся материалы и жидкости.
На устройство не должны попадать прямые солнечные лучи.
Нельзя допускать наличие поблизости капель масла, пыли или стальной стружки.
Размещать его необходимо в месте, с полностью отсутствующими вибрациями.
Установка должна производиться на устойчивую поверхность без наклонов.
Нельзя устанавливать оборудование в зоне электромагнитных помех.

Также учтите, что чем выше преобразователь будет установлен над уровнем моря, тем больше будет его номинальная мощность.

Используя представленные рекомендации, вы сможете подобрать такой частотный преобразователь для насосов, который отлично подойдет для организации работы вашего водонасосного оборудования. Различные модели прекрасно подходят как для оборудования скважинных, так и для фонтанных и других компрессоров, которые используются в жилых и частных домах.

Что нужно знать для правильного выбора преобразователя частоты?

1. Что такое частотный преобразователь и в каких случаях он применяется

Преобразователь частоты предназначен для управления скоростью вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Внешний вид частотных преобразователей

Частотные преобразователи применяются в следующих случаях:

при необходимости изменения скорости вращения электродвигателя;
при необходимости поддержания значения технологического параметра (например, давления) посредством изменения скорости вращения электродвигателя;
отсутствует питание 380В. Частотные преобразователи с питанием 220В поставляются на мощность до 2,2кВт включительно. Мощность двигателя при этом не теряется (Если двигатель имеет возможность переключения «звезда-треугольник» 380/220, то он может быть включен от однофазной сети 220В);
требуется подключение к промышленной сети двигателей с “нестандартным” напряжением питания и частотой.

Кроме основных функций, ПЧ обеспечивает

возможность включения реверса без дополнительного оборудования;
ограничение пускового тока двигателя;
контроль тока двигателя;
плавный разгон и торможение (настраиваемые по времени);
дополнительную защиту двигателя;
возможность пропуска резонансных частот;
стабилизацию момента двигателя даже при колебаниях входного напряжения;
возможность остановки с замедлением;
возможность экономии электроэнергии при частично загруженном двигателе (даже без датчика обратной связи);
работу со встроенным таймером и счетчиком;
переход в “спящий режим” с отключением насоса при отсутствии водопотребления;
возможность автоматического перезапуска при восстановлении питания.

Все перечисленные параметры (функционал) поддерживают преобразователи частоты ELHART серии EMD-MINI и EMD-PUMP.

2. Подбор частотного преобразователя

2.1 Преобразователь частоты для однофазного двигателя

Стоит обратить внимание, что стандартные частотные преобразователи не предназначены для работы с однофазными двигателями. Почти все представленные на рынке частотные преобразователи предназначены для управления скоростью вращения трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Чаще, когда говорят “однофазный преобразователь частоты”, имеют ввиду частотный преобразователь с питанием от однофазный сети напряжением 220В. Такой преобразователь имеет на выходе 3 фазы по 220В и также предназначен для управления трехфазным асинхронным двигателем.

Тем не менее, преобразователи частоты для однофазных двигателей существуют, но встречаются крайне редко.

Рисунок 1 — ПЧ для трехфазного двигателя

2.2 Подбор частотного преобразователя по мощности

При подборе преобразователя в первую очередь нужно ориентироваться на ток и напряжение питания электродвигателя. Эта информация указывается на шильдике двигателя.

Рисунок 2 — Шильдик двигателя

1. Напряжение на обмотках. Двигатель, шильдик которого показан рисунке 2, способен работать при трехфазном напряжении 220В (обмотки должны быть соединены в схему «треугольник») и при трехфазном напряжении 380В (соединение «звезда»). Если на шильдике указано 380/660, то такой двигатель может быть подключен к ПЧ с питанием 220В, но в таком случае не будут обеспечены номинальные характеристики двигателя.

2. Номинальный линейный ток двигателя. Данный двигатель потребляет 1,44А при подключении треугольником (питание 220В) и 0,83А при подключении звездой (питание 380В).

Остальная информация, приведенная на шильдике электродвигателя, не влияет на выбор ПЧ.

Несмотря на указанный на шильдике двигателя ток, наиболее правильным методом определения рабочего тока является его непосредственное измерение при работе двигателя. Это позволит избежать проблем в случае работы двигателя при повышенном токе. Фактический длительный рабочий ток двигателя не должен превышать номинальный выходной ток преобразователя.

Купить частотный преобразователь подобрав его по мощности двигателя не правильно, так как мощность двигателя зависит от КПД и коэффициента мощности (cosφ), а указанная на электродвигателе мощность относится к механической мощности двигателя на валу, а не к потребляемой от источника питания активной мощности, как это принято для других потребителей электроэнергии.

Таблица 1 – Электрические характеристики двигателей

Двигатель	Мощность, кВт	Об/мин	Ток при Δ220/Y380 В	КПД, %	Коэф. Мощн.	I_П/I_Н
АИР 80 А2	1,5	3000	6,2 / 3,6	78,5	0,85	6,5
АИР 80 В4		1500	6,8 / 3,9	78,5	0,80	5,3
АИР 90 L6		1000	7,3 / 4,2	76	0,70	5,0

Двигатель АИР 90 L6 (1000 об/мин) при одинаковой с частотным преобразователем мощности потребляет в номинальном режиме ток 4,2 А при питании 380 В, а преобразователь имеет номинальный выходной ток 4,0 А.

При соединении этого же двигателя в «треугольник» с питанием 220 В номинальный ток составит 7,3А, а преобразователь частоты рассчитан на 7,0А. Следовательно, как при питании 380В, так и при 220В указанный двигатель необходимо подключать к частотному преобразователю мощностью на ступень выше (2,2кВт):

Благодаря частотному преобразователю есть возможность подключать двигатели с “нестандартным” питанием к промышленной сети 220 или 380В. При этом главное, чтобы номинальное напряжение питания двигателя не превышало питание ПЧ, а номинальная частота поддерживалась ПЧ.

Например, машинка для стрижки овец МСУ-200 питается от переменного напряжения 36В частотой 200Гц. Для работы с такой машинкой в настройках преобразователя частоты задается номинальное напряжение питания двигателя — 36В и номинальная частота двигателя — 200Гц.

Несмотря на мощность электродвигателя 115Вт, рабочий ток составляет около 3А. Кроме номинального тока двигателя необходимо учитывать амплитуду, частоту и длительность возможных перегрузок. В моменты перегрузок ток указанной машинки может доходить до 7А.

Частотный преобразователь ELHART EMD-MINI выдерживает перегрузку 150% от номинального тока в течение 60 секунд; EMD-PUMP – 120% в течение 60 секунд.

Следовательно, номинальный ток ПЧ должен быть не менее 7 ÷ 150% = 4,7А. Для подключения к сети 220В выбираем преобразователь частоты ELHART EMD-MINI – 007S (0,75кВт, 5А, 220В). Для подключения к сети 380В выбираем ПЧ ELHART EMD-MINI – 022T (2,2кВт, 5А, 380В).

Обратите внимание: при небольшом запасе по току в данном примере, мощности ПЧ в 6 и 20 раз больше мощности соответствующего двигателя!

2.3 Выбор между векторным и вольт-частотным режимом управления

По режиму управления частотные преобразователи можно разделить на вольт-частотные и векторные. Рассмотрим особенности работы этих режимов.

Вольт-частотный (или скалярный) режим управления ПЧ

Поддерживает постоянной величину магнитного поля статора при заданной частоте (отношение напряжения питания к частоте постоянно). Это значит, что при различных скоростях номинальный момент на валу двигателя останется неизменным. Есть особенности работы на низких частотах. Подробности расписаны в разделе “Возможный диапазон регулировки частоты вращения двигателя с помощью ПЧ”;
Скорость вращения двигателя зависит от приложенной нагрузки: при увеличении нагрузки двигатель замедляется, при уменьшении — ускоряется. При постоянной нагрузке скорость вращения не изменяется;
Позволяет работать с несколькими двигателями одновременно (для работы с несколькими двигателями необходимо обеспечить дополнительную защиту по току для каждого двигателя).

Векторный режим управления ПЧ:

поддерживает постоянную скорость вращения при изменяющихся нагрузках (за счет автоматической регулировки выходного напряжения);
более стабильно работает при низких частотах (за счет компенсации падения напряжения в обмотках двигателя).

Особенности работы векторного режима:

возможно изменение скорости вращения при постоянной нагрузке в пределах 2Гц (вследствие поиска оптимального напряжения). Это нормально и не является неисправностью;
возможна работа только с одним двигателем (не поддерживает многодвигательный режим);
работает корректно, если правильно введены паспортные данные двигателя и успешно прошло его автотестирование.

И вольт-частотный и векторный режимы управления при наличии встроенного ПИД-регулятора способны точно поддерживать технологический параметр по датчику обратной связи (скорость, давление, влажность, температуру и другие).

Как правило, для большинства применений достаточно использования вольт-частотного режима. Такими применениями являются насосы, вентиляторы, конвейеры, деревообрабатывающие станки, высокоскоростные шпиндели фрезерных станков, простые куттеры, прессы, упаковочные станки, фасовочные аппараты, дозаторы, компрессоры и другое оборудование.

Векторный режим обычно применяется при работе с подъемно-транспортными механизмами, на дробилках, буровом оборудовании и другими нагрузками, где требуется высокий момент в области низких частот и при запуске, а также нет четкой зависимости момента нагрузки от скорости вращения.

2.4 Поддерживаемые способы управления преобразователем частоты

Так как преобразователь частоты обычно устанавливается в шкаф управления, то для доступа к встроенной панели необходимо каждый раз открывать дверь шкафа (в случае работы в пыльном производстве — мука, пыль, цемент — частое открытие двери недопустимо). Кроме того, часто преобразователь устанавливается рядом с двигателем, а пульт оператора находится в стороне.

С помощью выносного пульта управления EMD-Mini — RCP (не входит в комплект поставки) можно реализовать дистанционное управление преобразователем частоты EMD-Mini на расстоянии до 2 метров. Выносной пульт имеет абсолютно те же функции и возможности, что и панель управления на самом частотном преобразователе.

В частотных преобразователях ELHART серии EMD-PUMP встроенный пульт является съемным и имеет возможность выноса с помощью входящего в комплект двухметрового кабеля.

Для дистанционного управления пуском и остановом двигателя с помощью кнопок и переключателей необходимы дискретные входы.

Наличие аналогового входа позволяет дистанционно осуществлять плавную регулировку оборотов с помощью потенциометра или аналогового сигнала 0. 10В/4. 20мА. Совместно со встроенным ПИД-регулятором аналоговый вход позволяет непрерывно поддерживать значение технологического параметра (давление, расход, температура и т. д.)

Наличие интерфейса RS-485 либо RS-232 позволяет подключиться к верхнему уровню АСУТП.

Программный режим позволяет изменять скорость и направление вращения по заранее заданной программе.

2.5 Подбор частотного преобразователя для насоса

Отдельное внимание стоит уделить частотным преобразователям насосной серии. От остальных преобразователей их отличает заложенный алгоритм работы с несколькими двигателями. А именно: чередование двигателей и каскадный режим. Режим чередования применяется для равномерного износа двигателей. Каскадный режим применяется, когда необходимо с помощью одного частотного регулятора управлять несколькими насосами. Особенность каскадного режима заключается в том, что частотный преобразователь небольшой мощности способен регулировать производительность или давление в широком диапазоне, включая в работу минимально необходимое количество насосов. Преобразователи частоты ELHART EMD-PUMP могут управлять группой от 2 до 7 насосов. Возможна работа с насосами разной мощности, в таком случае мощность ПЧ определяется наиболее мощным насосом.

2.6 Дополнительное оборудование

В некоторых случаях при использовании преобразователя частоты может потребоваться установка дополнительного оборудования:

Тормозной резистор необходим для рассеивания энергии, поступающей в ПЧ от двигателя, который работает в генераторном режиме. Тормозной резистор используется для обеспечения быстрой остановки или замедления двигателя (особенно с высокоинерционными нагрузками), при работе с подъемно-транспортными механизмами (краны, лифты, наклонные транспортеры, подъемники), высокоинерционными применениями (дымососы, центрифуги, рольганги, тягодутьевые механизмы, транспортные тележки), в применениях, где важна точность позиционирования.
Моторный дроссель устанавливается при расстоянии между двигателем и преобразователем более 30м; защищает двигатель от импульсных токов, уменьшает помехи, ограничивает амплитуды тока короткого замыкания, снижает скорость нарастания тока КЗ и, как следствие, улучшает защиту преобразователя от КЗ.
Сетевой дроссель подключается ко входу преобразователя и является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает от пиковых скачков напряжения в сети. Установка сетевого дросселя рекомендуется при нестабильных параметрах сети (пульсация, провалы напряжения), при перекосе фаз более 3%, если мощность источника питания (распределительного трансформатора) более 500 кВА и превышает в шесть и более раз мощность преобразователя или если длина кабеля между источником питания и ПЧ менее 10м. Использование сетевых дросселей значительно повышает срок службы и надежность работы частотных преобразователей.

3. Диапазон регулирования скорости вращения двигателя при использовании преобразователя частоты

3.1 Использование ПЧ для уменьшения скорости вращения двигателя

Для работы на низких частотах (ниже 10-15 Гц) необходимо особое внимание уделить охлаждению двигателя и моменту на валу.

Электродвигатель закрытого типа с вентиляторным охлаждением (TEFC) имеет охлаждение только за счет встроенного вентилятора. Производительность вентилятора охлаждения уменьшается пропорционально скорости вращения двигателя. При занижении оборотов двигателя эффективность охлаждения снижается, что приводит к перегреву двигателя и возможному выходу из строя.

Существует несколько вариантов охлаждения электродвигателя при работе на низких частотах:

сократить период непрерывной работы двигателя на низкой частоте
организовать дополнительное охлаждение;
уменьшить нагрузку на валу двигателя;
установить понижающий редуктор, что позволит повысить обороты двигателя;
использовать двигатель большего типоразмера.

Вольт-частотный метод регулирования позволяет сохранять постоянный момент на валу двигателя при различных скоростях. При работе на низких частотах (ниже 5-10 Гц) момент на валу будет зависеть от характеристики конкретного двигателя (активного сопротивления обмоток). Для сохранения момента на частотах ниже 5-10 Гц может потребоваться корректировка минимального напряжения кривой U / f. Увеличение значения напряжения вызовет увеличение пускового момента, но также приведет к увеличению потребляемого тока, а пропорционально увеличению протекающего тока усиливается нагрев. Рекомендуемый диапазон регулирования частоты при вольт-частотном управлении: 5-50 Гц. Преобразователь частоты ELHART EMD-MINI поддерживает регулировку частоты от 0,5 до 999,9 Гц.

Векторный метод регулирования способен более точно поддерживать момент при низких частотах (особенно при изменяющейся нагрузке). Диапазон возможной регулировки шире, чем у вольт-частотного режима и зависит от конкретной модели (фирмы, серии) ПЧ. Для векторного управления рекомендовано использовать преобразователи частоты Delta Electronics серии VFD-E и VFD-C.

Для увеличения пускового момента рекомендуется использовать частотный преобразователь большей мощности (так как преобразователь может обеспечить двигатель только полуторократным током (номинальный ток × перегрузочную способность ПЧ).

3.2 Использование ПЧ для увеличения скорости вращения двигателя

Преобразователь частоты можно использовать для увеличения скорости вращения двигателя выше номинальной. При этом важно учесть, что при увеличении частоты выше номинальной, момент (Т) уменьшается пропорционально квадрату отношения напряжение/частота. При частоте f = 70 Гц момент на валу уменьшается в 2 раза T = 0,5 × T_ном; при частоте f = 100 Гц момент уменьшается в 4 раза T = 0,25 × T_ном. Следовательно, увеличивается риск перегрузки двигателя. Кроме того, увеличивается нагрузка на подшипники.

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Рыбчинский М.Ю.