Как выбрать подходящий частотный преобразователь?
На первый взгляд выбор частотного преобразователя кажется достаточно простым: нужно выбрать правильное напряжение, достаточную мощность и подходящее по цене устройство. Однако в своей повседневной работе я время от времени сталкиваюсь с ситуациями, когда клиент неправильно выбрал частотный преобразователь. Причина обычно не в плохом качестве устройства, а в том, что при выборе не были учтены важные критерии. Давайте рассмотрим, на что действительно стоит обратить внимание при выборе частотного преобразователя.
Самый простой способ выбрать частотный преобразователь
Если говорить честно, самый простой и быстрый способ подобрать правильный частотный преобразователь — обратиться к специалисту, который ежедневно работает с этим оборудованием. Свяжитесь с нами — мы поможем выбрать подходящее решение и вместе рассмотрим, какие параметры важны именно для вашего применения.
Но если вы хотите лучше понять, почему один частотный преобразователь подходит для вентилятора, другой для конвейера, а третий, например, для подъёмного механизма, стоит разобраться в теме более подробно.
Далее мы рассмотрим основные критерии выбора частотного преобразователя и расскажем о некоторых моментах, где неправильный выбор может привести к проблемам в будущем. Некоторые ошибки проявляются сразу при запуске, другие становятся заметны только спустя несколько лет эксплуатации, когда изменяются нагрузки и условия работы.
Применение – что на самом деле будет делать двигатель?
Один из самых важных вопросов при выборе частотного преобразователя: что именно будет приводить в движение этот двигатель?
Хотя принцип работы частотного преобразователя всегда одинаков — изменение скорости двигателя и управление его работой — требования различных механизмов могут сильно отличаться. Двигатель, работающий в вентиляторе, требует другого подхода по сравнению с двигателем, который должен запускать тяжёлый конвейер или приводить в движение подъёмный механизм.
Рассмотрим несколько распространённых применений и основные моменты, которые следует учитывать при выборе частотного преобразователя.
Конвейеры
Конвейеры являются одним из самых распространённых применений частотных преобразователей. Обычно в таких системах используются редукторы с большим передаточным отношением, которые обеспечивают необходимый крутящий момент и позволяют перемещать достаточно большие нагрузки.
Для конвейеров обычно можно считать, что момент нагрузки является относительно постоянным — то есть двигатель должен создавать примерно одинаковое усилие как на низкой, так и на высокой скорости.
Для обычного конвейера внутри помещения это, как правило, не является большой проблемой, но наружные установки могут быть сложнее. Например, зимой причиной проблем при запуске могут стать загустевшая смазка в редукторе, обледеневшая лента или просто повышенное сопротивление движению.
В таких случаях двигатель должен сразу при запуске обеспечить достаточный крутящий момент. Наиболее надёжным выбором будет частотный преобразователь с векторным управлением, которое позволяет лучше использовать возможности двигателя на низких оборотах.
Если конвейер должен часто останавливаться или быстро замедляться, стоит также рассмотреть применение тормозного резистора. Он помогает рассеивать энергию рекуперации, возникающую при торможении, и предотвращает срабатывание защиты частотного преобразователя по перенапряжению.
Для конвейеров хорошо подходят, например, частотные преобразователи серий Mitsubishi Electric FR-D800 и Mitsubishi Electric FR-E800. Для большей мощности (обычно выше 22 кВт) стоит рассмотреть серию Mitsubishi Electric FR-A800.
Компрессоры
У компрессоров много общего с конвейерами — здесь также важны достаточный пусковой момент и надёжное управление.
Однако есть одно важное отличие: обычно компрессорам не требуется быстрое торможение. Поэтому тормозной резистор в большинстве случаев не нужен.
Для компрессоров часто более важны плавный запуск, стабильное поддержание давления и снижение энергопотребления. Частотный преобразователь позволяет регулировать производительность компрессора в соответствии с реальной потребностью вместо постоянной работы двигателя на полной скорости.
Вентиляционные установки и насосы
При выборе частотного преобразователя для вентиляторов действуют несколько другие принципы по сравнению с конвейерами.
Если для конвейера важно получить максимальный момент даже на низких оборотах, то нагрузка вентилятора сильно зависит от скорости вращения. Пусковой момент вентилятора небольшой — даже большой вентилятор в неподвижном состоянии обычно можно достаточно легко провернуть рукой.
Для вентиляторов и насосов хорошо подходит плавный запуск и постепенное изменение скорости. Время разгона может составлять десятки секунд или даже несколько минут, что является очень подходящим режимом работы для частотного преобразователя.
Одним из моментов, требующих внимания, является большая инерция вентилятора. Особенно крупные осевые вентиляторы могут долго вращаться после отключения. Если попытаться слишком быстро остановить такой вентилятор, может возникнуть большая энергия рекуперации, и частотный преобразователь может уйти в защиту по перенапряжению. То же самое относится и к центробежным насосам.
Кроме того, в некоторых применениях воздушный поток может заставить вентилятор вращаться быстрее, чем задано частотным преобразователем. В таких случаях может быть полезна функция Regeneration avoidance operation selection, которая при необходимости увеличивает скорость двигателя и помогает избежать избыточной энергии рекуперации.
Для вентиляторов и насосов часто важна экономия энергии. Поэтому полезны различные функции энергосбережения, которые регулируют работу двигателя в зависимости от фактической нагрузки.
При использовании небольших крышных вентиляторов и скважинных насосов следует быть внимательным. Хотя мощность двигателя может быть небольшой, изоляция обмоток двигателя не всегда рассчитана на быстрые скачки напряжения, возникающие при работе от частотного преобразователя.
ШИМ-выход частотного преобразователя создаёт быстрые изменения напряжения (du/dt), которые могут создавать дополнительную нагрузку на изоляцию двигателя. Поэтому некоторые производители вентиляторов требуют применения du/dt-фильтра или синусного фильтра.
Для вентиляционных систем хорошо подходят, например, Mitsubishi Electric FR-D800 и специально разработанная для вентиляторов и насосов серия Mitsubishi Electric FR-F800.
Транспортеры со шнеком
Шнековые транспортеры являются одним из применений, где частотный преобразователь действительно может показать свои возможности. Иногда может возникнуть ситуация, когда материал заклинивает внутри шнека. Причины могут быть разные – слишком высокая степень заполнения, посторонний предмет или просто неравномерное движение материала, – но результат один: двигатель больше не может вращаться и возникает перегрузка.
В такой ситуации часто самым быстрым решением является кратковременно изменить направление вращения, освободить застрявший материал и затем продолжить работу в правильном направлении. Для этого частотный преобразователь должен обеспечивать достаточный крутящий момент на низких оборотах и выдерживать кратковременные перегрузки.
Для управления шнековым транспортером рекомендуется выбирать мощный частотный преобразователь с векторным управлением, например Mitsubishi Electric FR-D800 или модель с большим запасом по возможностям Mitsubishi Electric FR-E800.
Миксеры и мешалки
На первый взгляд может показаться, что миксеры являются достаточно простым применением – двигатель просто вращает перемешивающие лопасти. Однако в реальности условия работы могут сильно отличаться.
Во время нормальной работы перемешиваемый материал часто добавляется постепенно, и двигатель работает с относительно стабильной нагрузкой. Однако проблемы могут возникнуть после длительного простоя. Например, более тяжёлый материал может осесть на дне ёмкости и образовать плотный слой. При запуске двигатель должен преодолеть значительно большее сопротивление, чем в обычном режиме работы.
Поэтому при выборе частотного преобразователя для миксеров и мешалок не стоит недооценивать требования к оборудованию. Важно, чтобы преобразователь мог обеспечить достаточный пусковой момент и надёжно работать в условиях перегрузки.
Для таких применений хорошо подходят частотные преобразователи с мощным векторным управлением, например Mitsubishi Electric FR-D800, Mitsubishi Electric FR-E800, а для более мощных применений – Mitsubishi Electric FR-A800.
Подъёмное оборудование
Подъёмные механизмы всегда требуют отдельного подхода при выборе частотного преобразователя. Помимо мощного векторного управления, преобразователь должен правильно работать с энергией рекуперации, возникающей при опускании груза.
Когда груз опускается, двигатель начинает работать как генератор, и энергия возвращается обратно в звено постоянного тока частотного преобразователя. Если эту энергию невозможно отвести, напряжение становится слишком высоким, и преобразователь останавливает работу.
Для подъёмных применений подходят, например, Mitsubishi Electric FR-D800, Mitsubishi Electric FR-E800 и для более высоких мощностей Mitsubishi Electric FR-A800. Эти частотные преобразователи обладают отличными возможностями векторного управления и имеют встроенный тормозной транзистор с управляющей схемой. Для использования этой функции необходимо дополнительно установить подходящий тормозной резистор, который преобразует энергию рекуперации в тепло.
В некоторых подъёмных системах опускание груза может длиться долго или происходить очень часто. В таких случаях мощности встроенного тормозного транзистора частотного преобразователя может быть недостаточно, и потребуется отдельный тормозной блок большей мощности вместе с подходящим тормозным резистором.
Динамические приводы
Отдельно стоит выделить применения, где привод должен очень часто ускоряться и замедляться, а рабочие циклы составляют всего несколько секунд. Такие решения встречаются, например, в высокоскоростных производственных машинах, системах позиционирования и различных автоматизированных установках.
В таких применениях недостаточно учитывать только мощность двигателя – критически важны скорость и точность управления частотного преобразователя. Состояние двигателя необходимо измерять и контролировать очень быстро, чтобы обеспечить требуемый крутящий момент как при разгоне, так и при торможении.
Для таких задач важно выбирать частотный преобразователь с высокоуровневым векторным управлением. В линейке Mitsubishi Electric одним из лучших решений является Mitsubishi Electric FR-E800, высокопроизводительный процессор и быстрая система измерения параметров двигателя которого позволяют добиться очень динамичного управления.
Номинальное напряжение двигателя – 1 фаза или 3 фазы?
Сразу скажем: управление однофазным двигателем с помощью частотного преобразователя обычно не даёт хорошего результата. Хотя существуют специальные решения для таких случаев, их применение ограничено, и часто невозможно достичь такого же качества управления, как с трёхфазным двигателем.
Здесь важно различать две вещи: однофазное питание и однофазный двигатель. Частотный преобразователь, работающий от однофазной сети (1×230 В), является вполне обычным решением. Такой преобразователь выдаёт на выходе трёхфазное напряжение, обычно 3×230 В, и используется вместе с двигателем 230/400 В, подключённым по схеме «треугольник» (Δ). Такие частотные преобразователи широко применяются для двигателей мощностью примерно до 2,2 кВт.
Поэтому далее будем исходить из того, что двигатель является трёхфазным.
Наиболее распространённые напряжения трёхфазных двигателей – 230 В, 400 В, а для более мощных двигателей также 690 В. На многих двигателях указаны оба варианта подключения обмоток, и двигатель может быть подключён как по схеме «треугольник» (Δ), так и по схеме «звезда» (Y).
Например, маркировка двигателя 230/400 В означает, что при питании 230 В двигатель подключается треугольником, а при питании 400 В – звездой. Аналогично обозначение 400/690 В означает, что двигатель работает в сети 400 В по схеме треугольник, а в сети 690 В – по схеме звезда.
Важно помнить, что частотный преобразователь не повышает входное напряжение. Если двигателю требуется напряжение 400 В, необходимо использовать частотный преобразователь с выходным напряжением 400 В. Преобразователь с выходом 230 В не сможет обеспечить двигателю необходимое напряжение, и двигатель не достигнет своей полной мощности.
Выбирать по мощности или по номинальному току?
Это, вероятно, один из самых частых вопросов при выборе частотного преобразователя. Нужно ли ориентироваться на киловатты двигателя или на его номинальный ток?
Ответ простой: частотный преобразователь в первую очередь выбирается по номинальному току двигателя.
Рассмотрим три двигателя мощностью 5,5 кВт:
| Двигатель | Номинальная мощность | Номинальный ток |
|---|---|---|
| 3EC112M2D, 3000 rpm | 5,5 кВт | 10,4 А |
| 3ZG132M6D, 1000 rpm | 5,5 кВт | 11,6 А |
| TWI 6.18-10-C скважинный насос | 5,5 кВт | 13,7 А |
Как видно, номинальная мощность всех двигателей одинакова – 5,5 кВт, однако номинальные токи заметно отличаются.
Причина проста: частотный преобразователь управляет двигателем по току. Именно ток определяет, какую нагрузку преобразователь должен быть способен обеспечить двигателю. Поэтому при выборе частотного преобразователя всегда необходимо сначала смотреть на номинальный ток, указанный на табличке двигателя, и только затем учитывать мощность.
Мощность даёт хорошую ориентировку, но окончательный выбор определяется именно номинальным током.
Normal Duty или Heavy Duty?
Даже если номинальный ток двигателя известен, выбор ещё не завершён. Следующим шагом необходимо определить, в каком режиме нагрузки частотный преобразователь способен обеспечить этот ток.
Большинство производителей предлагают два класса нагрузки – Normal Duty (ND) и Heavy Duty (HD). Mitsubishi Electric пошла дальше и расширила выбор до четырёх различных классов нагрузки.
| Класс нагрузки | Типичное применение | Допустимая перегрузка |
|---|---|---|
| SLD – Super Light Duty | Вентиляторы, насосы | 110% / 60 с, 120% / 3 с |
| LD – Light Duty | Намоточные устройства, центрифуги | 120% / 60 с, 150% / 3 с |
| ND – Normal Duty | Конвейеры, стандартные промышленные приводы | 150% / 60 с, 200% / 3 с |
| HD – Heavy Duty | Шнековые конвейеры, миксеры, дробилки, подъёмное оборудование | 200% / 60 с, 250% / 3 с |
Чем тяжелее применение, тем большую перегрузку должен кратковременно выдерживать частотный преобразователь. Например, для вентилятора обычно не требуется большой пусковой момент, однако при запуске шнекового конвейера или подъёмного механизма двигатель может кратковременно потреблять ток в несколько раз выше номинального.
Поэтому не стоит выбирать частотный преобразователь только по мощности двигателя. Всегда необходимо учитывать как номинальный ток двигателя, так и класс нагрузки конкретного применения. Это позволяет выбрать преобразователь, который не будет постоянно работать на пределе своих возможностей и сможет надёжно служить долгие годы.
Стоит ли выбирать частотный преобразователь на один размер больше?
Достаточно распространённый вопрос: стоит ли выбирать частотный преобразователь с запасом – например, установить преобразователь 7,5 кВт для двигателя 5,5 кВт. На первый взгляд более мощное устройство кажется более безопасным выбором, но это не всегда является лучшим решением.
Нельзя делать обобщение для всех производителей, однако частотные преобразователи Mitsubishi Electric разработаны для точной работы в соответствии с номинальными параметрами двигателя. Если преобразователь выбран по номинальному току двигателя и применение соответствует классу нагрузки производителя, обычно нет необходимости выбирать более мощную модель.
Одна из причин связана с точностью внутренней измерительной цепи частотного преобразователя. Преобразователь должен очень точно измерять ток двигателя, поскольку на основе этих данных выполняется управление и защита двигателя. Упрощённо можно сказать, что датчик с очень большим диапазоном измерения не всегда обеспечивает такую же точность при измерении малых токов, как датчик с меньшим диапазоном. Например, измерительная цепь на 100 А не предназначена для наиболее точного измерения токов порядка 5 А.
Поэтому выбор слишком большого частотного преобразователя в некоторых случаях может снизить точность управления, особенно при использовании более сложных режимов управления, таких как векторное управление.
Выбор более мощного частотного преобразователя может быть оправдан в ситуациях, когда:
- двигатель временно работает с повышенной нагрузкой;
- при запуске возникают большие токовые пики;
- нагрузка сильно изменяется или её трудно оценить;
- требуется повышенная перегрузочная способность.
Однако следует учитывать, что слишком большая разница между мощностью двигателя и частотного преобразователя может создать проблемы во время автоматической настройки двигателя (автотюнинга). Если преобразователь значительно больше двигателя, определение параметров двигателя и оптимизация векторного управления могут стать сложнее.
На практике стоит придерживаться простого принципа: выбирайте частотный преобразователь по фактическому номинальному току двигателя и конкретному применению, а не просто устанавливайте более мощную модель «с запасом». Правильно подобранный частотный преобразователь обеспечивает лучшее управление, более точную защиту и часто требует меньших затрат.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели некоторые наиболее важные параметры, которые необходимо учитывать при выборе частотного преобразователя – напряжение двигателя, тип питания, номинальный ток, класс нагрузки и правильный подбор мощности преобразователя.
Конечно, осталось ещё много тем, которые не были рассмотрены. Например, различия в управлении обычными асинхронными двигателями, двигателями с постоянными магнитами (PM) и синхронными реактивными двигателями (SynRM), управление двигателем с обратной связью от энкодера, а также множество особенностей конкретных применений.
Каждое применение индивидуально, и не всегда достаточно просто посмотреть на мощность двигателя и данные на его табличке. Правильный выбор частотного преобразователя зависит от двигателя, нагрузки, режима работы и требуемой точности управления.
Если у вас возникли сложности с выбором частотного преобразователя или вы не уверены, какое решение лучше всего подходит для вашего применения, смело обращайтесь к нам. Мы не просто продаём частотные преобразователи – мы хорошо знаем это оборудование и поможем подобрать решение, которое действительно будет работать.
