Как выбрать преобразователь частоты

Преобразователь частоты (ПЧ, частотник, частотный преобразователь, частотно-регулируемый привод) – устройство для управления работой трехфазного асинхронного электродвигателя. ПЧ изменяет частоту входного напряжения и тем самым регулирует скорость вращения мотора. Дает возможность подключить трехфазный двигатель к однофазной сети.

Частотный преобразователь обеспечивает плавный разгон и торможение мотора, оберегает его от коротких замыканий и колебаний напряжения, ограничивает пусковой ток. Позволяет снизить потребление электроэнергии и увеличить срок службы двигателя.

Преобразователи частоты используются совместно с вентиляторами, компрессорами, насосами, конвейерами, кранами, экструдерами, различными станками. Каждый вид оборудования обладает специфическими характеристиками, которые учитываются при выборе ПЧ.

Настенный – предполагает установку частотника на стену. Оптимален для ситуаций, когда можно обойтись без покупки дорогостоящего электрошкафа и электрощита. Подобные модели отличаются высокой степенью пыле- и влагозащиты.

Крепление на DIN-рейку – ПЧ монтируется в электрощит, который в свою очередь должен быть защищен электрошкафом. Соответственно, данные приборы плохо переносят воздействие пыли и влаги.

Съемная – дает возможность управлять работой ПЧ на расстоянии и программировать его. Снижает риск несанкционированного доступа посторонних лиц с целью изменения рабочих параметров. В некоторых частотниках предусматривается возможность копировать данные, что упрощает настройку большого количества однотипных ПЧ. Такие модели стоят очень дорого.

Несъемная – характерна для более дешевых частотных преобразователей.

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) – технология, которая применяется для снижения пусковых токов. ПЧ с ШИМ выдерживают перегрузки до 200%. В результате достигается плавный пуск электромотора. Встречается в двух вариантах – синусоидальной и векторной. Последняя является более совершенной и оказывает меньшее негативное влияние на питающую сеть.

Диапазон регулировки частоты

Данный параметр должен совпадать с диапазоном частот, в котором работают электродвигатель и оборудование. Это важно, если необходимо снижать скорость вращения мотора при неизменном вращающем моменте. Верхний предел связан с максимальной частотой работы подключенной техники, нижняя граница указывает на диапазон регулирования скорости. Обычно эта характеристика составляет 1:10.

Скалярный (вольт-частотный) – обеспечивает неизменное соотношение выходного напряжения и выходной частоты. При этом контролируется только скорость вращения мотора, которая зависит от нагрузки.

Скалярный преобразователь подходит для одновременного управления несколькими электромоторами. Минусы: нельзя изменять частоту вращения вала без датчика и момент нагрузки на валу мотора, снижение крутящего момента на низких частотах.

Скалярный ПЧ подходит для маломощных насосов, вентиляторов, компрессоров, деревообрабатывающих станков и другого оборудования, не требующего точного управления. Скалярные частотники встречаются чаще всего.

Векторный – лишен минусов предыдущего варианта, но обойдется дороже. Такой метод обеспечивает постоянную скорость вращения при изменяющихся нагрузках и позволяет более точно управлять работой электромотора. Данный прибор оптимален, если нагрузка изменяется при одной и той же частоте или двигатель работает при низких частотах (до 10 Гц).

Векторный ПЧ работает в паре с дробилками, токарными и шлифовальными станками, редукторами, подъемно-транспортными механизмами (подъемники, лифты, краны) и строительной техникой.

Линейный U/f – данные преобразователи получили наибольшее распространение.

Квадратичный U/f2 – такие частотники работают в тандеме с мощными насосами и вентиляторами.

Без датчика ОС (SVC) – не предполагает наличие датчика, который отвечает за обратную связь. ПЧ определяет скорость вращения двигателя на основании введенных параметров мотора и данных о мгновенных значениях напряжения и тока. Диапазон регулирования вращения вала не превышает 1:100 при точности поддержания скорости не более 0.5%.

ПЧ без датчика ОС выбирают для приведения в действие экструдеров, шнеков, дробилок, станков.

С датчиком ОС (VF+PG) – обеспечивает обратную связь между электромотором и преобразователем. Датчик (резольвер, энкодер) передает информацию о текущей частоте вращения мотора, основываясь на которой ПЧ регулирует напряжение, момент и скорость двигателя. Дает более высокую точность управления работой электромотора. Диапазон регулирования составляет 1:10000 и более при точности до 0.02%.

Преобразователи частоты с датчиком ОС приобретают для производственных линий, лифтов и станков с ЧПУ.

Характеристики

Номинальный ток на выходе и номинальная мощность – не должны быть меньше номинального тока и номинальной мощности электродвигателя (эти сведения указаны на шильдике мотора). Номинальный ток – ток, потребляемый работающим мотором при номинальной нагрузке на валу. Номинальный ток измеряют в амперах (А), номинальную мощность – в киловаттах (кВт).

Рекомендуется выбирать ПЧ с таким расчетом, чтобы его номинальный выходной ток и номинальная мощность превышали аналогичные характеристики асинхронного двигателя на 10-15%. Это позволит избежать перегрузки частотника.

Важно: в ряде случаев номинальный ток электродвигателя является более важным показателем, чем его номинальная мощность. Это связано с особенностями работы отдельных устройств, например, насосов. Разные типы данного оборудования при одинаковой номинальной мощности имеют разные величины потребляемого тока.

Кроме того, некоторые производители указывают не номинальную, а потребляемую мощность техники, значительно ее превышающую. Если ориентироваться на этот параметр, то можно переплатить за излишне мощный частотник.

Фазность и напряжение на входе (питающее) / выходе – фазность и напряжение тока, подаваемое на вход ПЧ / фазность и напряжение тока, которое снимается на выходе. Эти характеристики могут различаться в зависимости от модели преобразователя:

• 1 ф 220 В / 1 ф 220 В – для однофазных двигателей, которые подключаются к бытовым приборам;
• 1 ф 220 В / 3 ф 220 В – для трехфазных моторов, у которых значение напряжения на «звезде» и «треугольнике» составляет 380 В и 220 В соответственно;
• 3 ф 380 В / 3 ф 380 В – для трехфазных электродвигателей, которые работают в паре с промышленным оборудованием.

Максимальная частота на выходе – предельно допустимая выходная частота. Измеряется в герцах (Гц). Данный параметр учитывается при определении времени разгона электродвигателя. В разных моделях составляет 50-400 Гц.

Перегрузочная способность в течении 1 минуты – способность ПЧ кратковременно выдавать ток больше номинального значения. Этот параметр необходимо учитывать для разгона электромотора при номинальной нагрузке. Указывается в процентах от номинального пускового тока:

• до 110% – преобразователи для вентиляторов и насосов;
• 150% – ПЧ для различного промышленного оборудования;
• до 200% – модели для кранов, лифтов и других подъемно-транспортных механизмов.

Класс защиты – способность оболочки корпуса частотника противостоять негативным внешним факторам. Обозначается с помощью буквенно-цифрового кода IPXX, где первая цифра указывает на степень защиты от пыли, а вторая – на степень защиты от влаги. Встречается оборудование со следующими классами защиты:

• IP00 – защита от пыли и воды отсутствует;
• IP20 – защита от предметов диаметром 12.5 мм и более, защита от воды отсутствует;
• IP21 – защита от предметов диаметром 12.5 мм и более и вертикальных капель;
• IP40 – защита от предметов диаметром 1 мм и более, защита от воды отсутствует;
• IP54 – пылезащищенный корпус, защита от брызг с любого направления;
• IP55 – пылезащищенный корпус, защита от водяных струй с любого направления;
• IP65 – пыленепроницаемый корпус, защита от водяных струй с любого направления;
• IP66 – пыленепроницаемый корпус, защита от сильных водяных струй с любого направления.

Частотный преобразователь с невысокой пыле- и влагозащитой устанавливают в электрошкаф, который оберегает приборы от воздействия пыли и влаги. Частотник с параметром IP54 и IP55 подходит для эксплуатации в подвале и других сырых помещениях. ПЧ с классом защиты IP65 и IP66 используется в условиях повышенной влажности и запыленности воздуха (цеха, производственные помещения).

Вибростойкость – способность ПЧ выдерживать вибрационные воздействия без ухудшения его характеристик. Указывается с помощью буквы g и цифры. Стандартный параметр – 0.6 g.

Входы позволяют отправлять различные команды ПЧ (стоп, пуск, реверс), выходы используются для передачи сигналов с преобразователя на другое оборудование.

Аналоговый – предназначен для плавного регулирования работы ПЧ и контроля параметров системы.

Цифровой (дискретный) – дает возможность управлять основными функциями частотника (пуск, остановка, изменение скорости). По цифровому интерфейсу передается информация о неисправностях и другие важные данные.

Интерфейс связи (Modbus RTU RS-485) – предназначен для управления частотником с помощью компьютера. Такой интерфейс позволяет контролировать состояние ПЧ, задавать нужные рабочие параметры оборудования. Оптимальное решение для создания автоматизированной системы.

ЭМС-фильтры – уменьшают ЭМП (электромагнитные помехи), которые возникают в процессе работы ПЧ и излучаются в сеть. ЭМП оказывают негативное воздействие на работу оборудования, питаемого от этой сети.

ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор) – поддерживает заданную скорость вращения двигателя при переменной нагрузке. Обеспечивает точное регулирование скорости, давления, температуры и других технологических параметров. Применяется в системах автоматического управления.

Потенциометр – позволяет задать нужную частоту вращения электромотора. Также потенциометр используют для настройки ПИД-регулятора.

Тормозной модуль (тормозной резистор) – рассеивает избыточное тепло, которое выделяется при быстром торможении электродвигателя с помощью ПЧ. Без резистора тепловая энергия будет направлена в ПЧ, увеличивая напряжение в звене постоянного тока. Применяется для работы с дымососами, шлифовальными станками, центрифугами, подъемно-транспортными механизмами и другим оборудованием.

ПЛК (программируемый логический контроллер) – дает возможность адаптировать ПЧ под конкретные задачи без использования дополнительных устройств, например, таймеров или счетчиков.

Моторный дроссель – оберегает электромотор от импульсных токов и ПЧ от коротких замыканий, а также снижает помехи. Используется при большой длине моторного кабеля и высокой частоте переключений.

Сетевой дроссель – оберегает ПЧ от резких скачков напряжения и перекосов фаз, что важно при нестабильной питающей сети.

Дроссель du/dt – снижает электромагнитные помехи и скорость нарастания напряжения du/dt. Используется при малой длине кабеля. Другая ситуация, при которой целесообразно применение дросселя – низкая частота ШИМ.

Синусный фильтр – обеспечивает комплексную защиту электромотора.

Размеры и вес

Эти параметры учитывают при монтаже преобразователя частоты. Многие модели устанавливаются в электрошкаф. Соответственно, размеры устройства (ШxВxГ) подбирают с таким расчетом, чтобы оно поместилось в этот шкаф. При покупке настенного частотника обращают внимание на вес, поскольку крепления могут не выдержать слишком тяжелый агрегат.