Меню

Запас мощности у частотника



Выбор и расчет частотного преобразователя

Выбор и расчет частотного преобразователя

  • Post author:Gekoms LLC
  • Запись опубликована: 09.04.2020
  • Запись изменена: 09.01.2021
  • Post category:Инжиниринг
  • Post comments:комментария 4

Выбор и расчет частотного преобразователя

Для уточнения цены преобразователя частоты по параметрам среди различных брендов перейдите в Магазин

Помощь в подборе ПЧ Жми!

Выбор частотного преобразователя

Для выбора и расчета частотного преобразователя нужного типоразмера, необходимо знать характеристики нагрузки. Затем нужно подобрать преобразователь частоты с подходящей выходной мощностью. Требуемая выходная мощность может быть вычислена четырьмя способами . Способ вычисления зависит от количества данных по двигателю.

Большинство производителей частотных преобразователей обозначают выходные параметры преобразователя частоты при условиях как квадратичной, так и постоянной нагрузки (легкий (P) и тяжелый (G) режимы). Для начала определимся с этим параметром:

Характеристики нагрузки

mv2.webp» alt=»Выбор и расчет частотного преобразователя 1″/>

Нагрузки можно разделить на два типа:

Квадратичные (насос, вентилятор, дымосос) – легкий режим (P);

Постоянные (все остальные) – тяжелый режим (G);

Различия в нагрузках состоят в следующем:

Когда скорость насоса или вентилятора возрастает, мощность должна возрастать в следующей зависимости от скорости: P=n^3 (кубическая зависимость). Нормальный рабочий диапазон насосов и вентиляторов составляет 30 — 80% от максимальной нагрузки.

Если момент нагрузки постоянный, то момент, вырабатываемый двигателем, должен превышать этот момент нагрузки. Дополнительный момент необходим для разгона.

Если частотный преобразователь допускает кратковременные превышения по моменту +50%, то они используются для разгона и в качестве повышения стартового момента, так как величины 50% для этого уже достаточно. Это может использоваться, например, для запуска ленточных конвейеров. Добавочный момент обеспечивает нормальную работу оборудования при колебаниях нагрузки.

Если преобразователь частоты не приспособлен для работы с избыточным моментом, то он должен быть настроен так, чтобы динамический момент Мдин не превышал номинальный момент Мном.

Расчет частотного преобразователя

После того, как определены характеристики нагрузки и известны некоторые данные о двигателе, можно найти соответствующую мощность необходимого частотного преобразователя.

По току, если известен ток электродвигателя. Проще и правильней всего подбирать преобразователь частоты исходя из значения номинального тока двигателя, его можно найти на шильде или в паспорте на оборудование. Пример: двигатель 11 кВт, 380В, 23 А, значит номинальный ток преобразователя частоты должен быть больше или равен 23 А в легком или тяжелом режиме работы.

Вывод: Номинальный ток электродвигателя не должен превышать номинальный ток частотного преобразователя.

По полной мощности, если известен номинальный ток двигателя Преобразователь частоты можно подобрать исходя из полной мощности потребляемой двигателем Пример: двигатель 11 кВт, 380В, 23 А.

mv2.webp» alt=»Выбор и расчет частотного преобразователя 2″/>

значит номинальная мощность преобразователя частоты не должна быть меньше 15,13 кВА в легком или тяжелом режиме работы.

Вывод: Полная мощность электродвигателя не должна превышать полную мощность частотного преобразователя.

По мощности, если известны Cosϕ двигателя и производительность двигателя ƞ Частотный преобразователь можно подобрать исходя из выходной мощности двигателя. Тем не менее, так как Cosϕ двигателя и производительность двигателя ƞ изменяются вместе с нагрузкой, этот метод недостаточно точен. Пример: 11 кВт двигатель с ƞ=0,83 и Cosϕ=0,85 потребляет.

mv2.webp» alt=»Выбор и расчет частотного преобразователя 3″/>

значит номинальная мощность преобразователя частоты не должна быть меньше 15,59 кВА в легком или тяжелом режиме работы.

Вывод: Номинальная мощность электродвигателя не должна превышать номинальную мощность частотного преобразователя.

Четвертый способ — Исходя из опыта, производители изготавливают преобразователи частоты в соответствии общепринятыми стандартами изготовления двигателей. Поэтому частотные преобразователи в основном выбираются в соответствии мощностью ЭД, что может привести к неправильному заданию уставок, особенно при неполной нагрузке.

Общий вывод

При расчете мощности, убедитесь, что ваши вычисления рассчитаны при той же величине напряжения, что и приведённые в технических данных.

При выборе и расчете частотного преобразователя на основе величин тока и напряжения, более важной величиной является ток на выходе преобразователя частоты, который является определяющим для других величин.

Источник

Правильная мощность двигателя и преобразователя частоты

Производители электродвигателей и частотных преобразователей разработали различные методы для быстрого выбора мощности двигателей и частотных преобразователей под конкретную нагрузку оборудования. Такая же базовая процедура используется большинством инженерных приложений. Однако для инженеров важно четко понимать процедуру выбора.

Одна из лучших процедур использует простую нумерацию, основанную на кривых ограничения нагрузки, чтобы сделать основной выбор мощности двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию двигателя и преобразователя.

Рекомендуются 4 следующих принципа подбора:

Принцип выбора 1:

Во-первых, базовая скорость должно выбираться таким образом, чтобы двигатель работал как можно с большей скоростью, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.

Это желательно, потому что:

  • Тепловая мощность двигателя улучшается при f ≥ 50 Гц из-за более эффективного охлаждения на более высоких скоростях.
  • Потери коммутации преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
  • При постоянной нагрузке на крутящий момент достигается больший диапазон скорости, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля с максимальной скоростью. Это означает, что наиболее эффективное использование крутящего момента и скорости привода переменной скорости .

График

Типичные кривые крутящего момента и мощности при постоянном приводе мощности / крутящего момента

Читайте также:  Инфракрасный обогреватель небольшой мощности

Это может означать экономию средств в виде меньшего двигателя и преобразователя .

Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут производить выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением особых (и необычных) исполнений. Конструкция стандартных каркасных двигателей и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.

Максимальная скорость, с которой может запускаться стандартный двигатель с короткозамкнутым ротором , должна всегда проверяться у изготовителя, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / мин) двигателей более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также значительно увеличивается по мере увеличения скорости двигателя.

Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателями , показано на рисунке 1. Это иллюстрирует более высокую крутящую способность 6-полюсной машины.

График 2

Сравнение предельных кривых тепловой мощности для двух двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 90 кВт

a) 90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)

b) 90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)

Принцип выбора 2:

Выбор двигателя большей мощности просто для того, чтобы быть «безопасным», обычно не рекомендуется, потому что это означает, что также должен быть выбран преобразователь с увеличенным частотным диапазоном. Преобразователи частоты, в частности, ШИМ-тип, рассчитаны на максимальное значение пикового тока, которое представляет собой сумму основных и гармонических токов в двигателе .

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Чтобы избежать этого пикового тока, превышающего расчетный предел, конвертер никогда не должен использоваться с размером двигателя, большим, чем для указанного . Даже когда большой двигатель слегка загружен, его пики гармонических токов высоки.

Принцип выбора 3:

После выбора двигателя достаточно легко выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя . Обычно они рассчитаны на ток (не кВт) на основе определенного напряжения. Это следует использовать только в качестве руководства, поскольку преобразователи всегда должны выбираться на основе максимального непрерывного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основаны на стандартных номинальных значениях мощности двигателя IEC (кВт), двигатели разных производителей имеют несколько разные номинальные токи.

Преобразователи частоты Danfoss

Принцип выбора 4:

Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен подключаться привод переменной скорости.

В большинстве стран, использующих стандарты IEC, стандартное напряжение питания составляет 380 вольт ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где мощность привода очень велик, часто экономично использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения 500 В и 660 В .

В последние годы преобразователи переменного тока изготавливаются для использования на напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты рассчитаны на то же выходное напряжение, что и на входе, поэтому оба двигателя и преобразователя должны быть указаны для одного и того же базового напряжения.

Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко определена, поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

Источник

Преобразователи частоты. 12 важных вопросов при выборе и установке

Преобразователи частоты (ПЧ) — один из основных элементов комплексных решений для энергетических и промышленных проектов. Современные частотные преобразователи — это продукт высоких технологий, они выпускаются с применением новейших разработок и способны не только управлять скоростью вращения электродвигателя, но и защищать электропривод от преждевременного выхода из строя, обеспечивать контроль множества параметров во время его работы. Грамотно выбрать преобразователь частоты, сориентировавшись в многообразии предложений — задача сложная и ответственная, ведь от принятого решения зависит стабильность производственных процессов. Разобраться со всеми тонкостями выбора поможет эта статья.

Часть 1. Зачем нужен преобразователь частоты?

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели

Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели. Он обеспечивает плавный пуск, непрерывное автоматическое регулирование скорости и момента во время работы, а также множество других параметров работы электродвигателя. В ряде применений преобразователи обеспечивают снижение потребления электроэнергии до 50 %. Современные ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) способны снижать пусковые токи в среднем в 4-5 раз и выдерживать перегрузки до 200 %.

На сегодняшний день в интернете можно найти большое количество рекомендаций и советов по подбору ПЧ, однако в большинстве случаев они являются общими, неконкретными и никак не применимыми на практике. Как же сориентироваться в огромном количестве критериев и выбрать подходящее оборудование? Рекомендации дают специалисты IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехнического оборудования: Артем Мошечков (ведущий инженер) и Петр Ивлев (специалист по техническому обучению Академии IEK GROUP).

— Зачем устанавливать и использовать преобразователь частоты?

— Есть задача: выбрать и купить преобразователь частоты. С чего начать?

Чтобы подобрать нужный вариант ПЧ, необходимо прежде всего определиться: для каких именно целей выбирается оборудование, какие конкретные задачи оно должно выполнять. Разумеется, необходимо знать условия эксплуатации и основные характеристики электродвигателя, для управления которым необходим ПЧ.

Современные серии преобразователей частоты включают до нескольких десятков моделей. Например, в линейке CONTROL-L620 IEK®, выведенной на рынок нашей компанией в 2017 году, представлено оборудование от 0,75 до 560 киловатт. В семействе CONTROL-А310 IEK® диапазон мощностей — до 22 киловатт, при этом уже с 11 киловатт есть возможность изготовить преобразователь со встроенным дросселем постоянного тока, что продлевает срок службы преобразователя. Номинальные напряжения — 220 и 380 В.

Такой бренд, как ONI ® , предлагает сразу четыре марки частотных преобразователей: ONI-А400, ONI-М680, ONI-A650 и ONI-К800 — в диапазоне мощностей от 0,4 до 132 кВт.

A400 ONI® «Компактный» M680 ONI® «Универсальный»
A650 ONI® «Специализированный» K800 ONI® «Мощный»


— Мощность, номинальный ток, напряжение питающей сети: как сориентироваться в этих параметрах?

  • Мощность ПЧ должна быть равна мощности двигателя либо превышать ее. В случаях «тяжелого» применения, с высокими пусковыми нагрузками, допускается, чтобы мощность преобразователя была выше на одну, реже — на две ступени. Современные преобразователи частоты имеют большой диапазон мощности. Опять же обратимся к конкретным примерам оборудования: в линейке серии CONTROL-A310 представлены модели с мощностью от 0,4 до 22 кВт в режиме HD и от 0,75 до 22 кВт в режиме ND. Преобразователи частоты CONTROL-L620 поддерживают мощность в режиме HD от 0,75 до 500 кВт, в режиме ND — от 1,5 до 560 кВт. Есть и более узкий разбег: например, ПЧ линейки ONI-А400 работают в пределах мощности от 0,2 до 3,7 кВт.
  • Следующий критерий — номинальный ток. Электропривод не работает в идеальном режиме — всегда есть вероятность изменений динамических нагрузок на валу или превышения значений номинального тока. Поэтому наряду с мощностью при выборе ПЧ обращают внимание на номинальный ток электродвигателя и преобразователя частоты. Рабочее значение данного параметра у ПЧ берется либо с запасом относительно номинального тока двигателя, либо номинал в номинал. Это делается для того, чтобы обезопасить электропривод от возможных перегрузок.
  • Если говорить о напряжении питающей сети, то самыми распространенными моделями, которые используются на производстве, в ЖКХ и прочих сферах народного хозяйства, являются преобразователи напряжения 220 и 380 В. Напомню: значение данного параметра питающей сети и электродвигателя должно быть одинаковым.

— Какой преобразователь частоты лучше — однофазный или трехфазный?

На вход инвертора такого ПЧ подается однофазное напряжение соответствующей сети, которое на выходе формируется в трехфазное с частотой от 0 до 400 и выше Гц. Таким образом, при помощи однофазного ПЧ можно подключить обычный асинхронный трехфазный двигатель к однофазной сети. Для этого требуется подключить двигатель к преобразователю, правильно скоммутировав обмотки двигателя (на напряжение 220 В). Такие преобразователи частоты есть в семействе ONI — это серия А400, которая предназначена для управления асинхронными двигателями в системах небольшой мощности, но с большими перегрузками.

Трехфазные преобразователи частоты более распространены. Они преобразуют напряжение трехфазной промышленной сети и регулируют большое количество параметров электродвигателя. Примеры оборудования:

  • CONTROL-A310 IEK ® ,
  • CONTROL-L620 IEK ® ,
  • ONI-А400,
  • ONI-М680,
  • ONI-A650,
  • ONI-К800.

Часть 2. Нюансы

Использование ПЧ позволяет регулировать скорость электродвигателя от нуля до номинального значения и выше

— Как правильно подобрать диапазон регулирования частоты и какой способ управления выбрать?

О способах управления

В интернете много теоретической информации о том, какой вариант лучше. На самом деле основывать свой выбор надо не на оценках метода управления, а на области применения преобразователя частоты. В оборудовании, которое работает с кранами, подъемными механизмами или протяжными станками используется векторный способ. В насосах и вентиляторах, то есть в тех механизмах, где скорость практически не меняется, обычно используется скалярный. Оба этих метода решают одну задачу: регулировки скорости и изменения момента.

— Что такое ПИД-регулятор, управляющие входы/выходы, и насколько это важно?

Самый простой пример его использования: требуется поддерживать постоянное давление в трубе 5 Бар. ПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим работы ПЧ.

Простой примерПЧ считывает сигналы с датчиков, а ПИД-регулятор за счёт математических алгоритмов обеспечивает необходимый режим его работы График интервалов

Что касается входов и выходов

Сегодня большинство преобразователей частоты имеют в базовой комплектации аналоговые и цифровые входы/выходы, последовательный интерфейс и т.д. Такой набор функций позволяет интегрировать ПЧ в большинство автоматических систем, без ограничений в выборе способов управления преобразователем.

Modbus (RS485)

  • Дискретное (цифровое) управление считается самым простым, данные входы используются для передачи основных команд: пуск или остановка электропривода, регулирование скорости, переключение между режимами работы ПЧ. Такие выходы сообщают о неисправностях, достижениях заданных пределов по частоте и току, дают команды на включение ведомых электроприводов и т.д. На один дискретный вход можно задать необходимую функцию, выбрав из более чем нескольких десятков.
  • Аналоговое управление решает другие задачи. Например, обеспечивает плавное регулирование. Также данный способ управления позволяет проводить постоянный мониторинг и контролировать состояние необходимых параметров системы. Сигналы поступают на вход ПЧ с соответствующих датчиков.
  • Управление по последовательному интерфейсу используется для построения сложной автоматизированной системы. Данный способ позволяет управлять сразу несколькими преобразователями частоты, причем они могут находиться далеко друг от друга. Такой способ значительно сокращает число проводов, одновременно увеличивая возможности передачи информации. Наиболее универсальным и, соответственно, популярным и надежным интерфейсом (протоколом) для подключения к ПЧ на сегодняшний день считается Modbus (RS485).

— На что еще стоит обратить внимание, выбирая преобразователь частоты?

В некоторых линейках есть возможность использования стандартной витой пары UTP кат. 5e для выносного монтажа идущей в комплекте панели управления, что позволяет максимально упростить и до 10 раз удешевить монтаж панели управления по сравнению с преобразователями, использующими специальные коммутационные шлейфы.

Читайте также:  Приборы для измерения коэффициента мощности

Обращайте внимание на условия эксплуатации: например, если необходимо, чтобы преобразователь частоты безотказно работал при высокой влажности, стоит рассмотреть серию CONTROL-L620 IEK ® — данное оборудование без дополнительного охлаждения можно эксплуатировать при относительной влажности до 95 % и температуре от -10 до +40 °C. А специальное покрытие плат, в соответствии с промышленными стандартами, позволяет применять эти преобразователи в тяжелых условиях.

Обязательно поинтересуйтесь, какие силовые ключи используются при сборе ПЧ — одними из самых надежных являются IGBT производства компании Infineon. Они позволяют существенно повысить надёжность и отказоустойчивость оборудования.

Система управления частотным преобразователем должна быть интуитивно понятной, функциональной, вариативной. В передовых моделях, например, таких как серия ONI-M680, источником управляющего сигнала может быть кнопочная панель, промышленная сеть, цифровые входы и импульсный вход. Имеется возможность подключения исполнительных устройств, датчиков, программируемых логических контроллеров. Некоторые входы и выходы способны функционировать в различных режимах.

И, разумеется, важны сертификация, гарантия производителя. Если говорить о тех сериях, на основе которых мы разбирали принципы работы ПЧ, то у линейки CONTROL IEK ® расчетный срок службы составляет 7 лет, гарантия — два года. Все преобразователи, выпускающиеся под этой маркой, имеют сертификаты соответствия ГОСТ. Аналогичные показатели у частотных преобразователей семейства ONI ® .

Часть 3. Особенности применения ПЧ для различного оборудования

— Преобразователь частоты для насосного оборудования: что он дает?

Немаловажное значение имеет оптимизация расхода электроэнергии и поддержание постоянного давления в системе водоснабжения

Для решения этих задач требуется обеспечить плавный пуск насосов и плавное же изменение частоты вращения электродвигателя. Причем диапазон значений должен быть достаточно широк: во время пиковой нагрузки электропривод работает на номинальных оборотах, обеспечивая необходимый расход воды. При малом разборе поддерживается в рабочем состоянии, потребляя тот минимум электроэнергии, который необходим в данный момент. Также в сфере ЖКХ с помощью ПЧ возможно создание автоматизированной каскадной системы насосов, когда, в зависимости от разбора воды в жилых домах, работает один насос или, например, три. С помощью специальных функций преобразователь частоты позволяет экономить электроэнергию — это происходит за счет автоматической остановки работающего насоса при отсутствии расхода воды в системе.

С этой задачей справятся ПЧ следующих серий: CONTROL-A310 IEK ® , CONTROL-L620 IEK ® , ONI-А400, ONI-M680. Однако наиболее удачным выбором станет преобразователь частоты ONI-A650, разработанный специально для применения в системах вентиляции и насосных установках. Уже в базовой конфигурации он содержит специальную плату каскадного управления насосами, что позволяет объединить до 5 насосов в единый каскад.

Мнение: Преобразователь частоты ONI-К800 был применен в приводе насоса системы водоснабжения и в приводе конвейера. Зарекомендовал себя с положительной стороны. При настройке и в ходе эксплуатации легко монтировались силовые и контрольные кабели, преобразователь просто настраивался с лицевой панели. Обладает большим функционалом защит, большим количеством входов-выходов.
Начальник отдела ЭМП АО «Уралгипромез» Д.Н. Томашевский.

— Какие преобразователи частоты подойдут для грузоподъемных механизмов (крановое оборудование, лебёдки)?

Преобразователи частоты для электродвигателей грузоподъемных механизмов позволяют организовать надежное управление электроприводом при подъеме и опускании груза, поворотах стрелки, обеспечивая вертикальное и горизонтальное перемещение без раскачивания, с различными скоростями, таким образом гарантируя максимальную производительность.

В зависимости от модели крана, это могут быть следующие виды частотных преобразователей:

  • для обеспечения плавного перемещения крана можно порекомендовать серии CONTROL-L620 IEK ® , ONI-M680 и ONI-K800;
  • для надежной работы лебёдки подъёма, в зависимости от задачи, подойдут М680 и К800.

— Как преобразователь частоты работает в случае с транспортерным и конвейерным оборудованием?

Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп»

Использование преобразователей частоты с электродвигателями конвейеров и транспортеров позволяет не просто автоматизировать запуск, регулирование скорости и остановки ленты, но и создавать более сложные алгоритмы работы оборудования (зависит от выбранной модели ПЧ и подключенных датчиков).

Мнение: Преобразователь частоты CONTROL-L620 IEK ® номинальной мощностью 5.5 был установлен на подающем конвейере в установке № 2 для сушки травяной муки. Режим работы преобразователя — круглосуточный «старт-стоп». Оборудование зарекомендовало себя с положительной стороны. Во время тестирования все функции работали в заявленном штатном режиме, замечаний во время эксплуатации выявлено не было.
Заместитель генерального директора по IT ПАО «Птицефабрика Боровская» С.М. Солкин.

— Есть ли смысл использовать преобразователи частоты для вентиляторного оборудования?

Можно порекомендовать к установке на вентиляторное оборудование преобразователи частоты следующих серий: ONI-A650, CONTROL-A310 IEK ® , CONTROL-L620 IEK ® , ONI-A400.

— «Тяжелый» или «нормальный» режим работы преобразователя частоты — какой выбрать?

Режимы работы двигателя

В режиме ND величина вращающего момента постоянна, независимо от скорости вращения двигателя. В частности, таким образом работают насосы.

Тяжелый режим (НD) характеризуется нагрузкой с переменным вращающим моментом — как в случае с экструдерами, конвейерами или компрессорами. При этом существуют частотные преобразователи, которые поддерживают сразу два указанных режима, что позволяет экономить бюджет при проектировании различных систем. Например, преобразователи частоты IEK ® серий CONTROL-A310 и L-620 могут работать как в ND-режиме, так и в режиме HD. Также оба режима поддерживают ПЧ ONI-М680.

Источник