Как подобрать частотный преобразователь для трехфазного электродвигателя

Управление трехфазным двигателем

Преобразователи частоты (ПЧ) обеспечивают регулировку как частоты, так и величины напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя. Это, в свою очередь, приводит к пропорциональным изменениям скорости и момента на валу.

Наибольшее распространение получили преобразователи частоты, основанные на схеме двойного преобразования. Эти устройства состоят из нескольких функциональных блоков:

• Выпрямитель.
• Емкостное звено постоянного тока.
• Инвертор, использующий быстродействующие IGBT-транзисторы.
• Схема управления.

Процесс изменения частоты происходит следующим образом: переменное напряжение от сети поступает на вход выпрямителя, где оно преобразуется в постоянное. Затем это напряжение фильтруется от переменной составляющей в звене постоянного тока и подается на инвертор. Коммутация электронных ключей инвертора осуществляется таким образом, что на выходе формируется импульсное напряжение с частотой, отличной от сетевой. Благодаря индуктивности обмоток двигателя эти импульсы принимают синусоидальную форму. В некоторых случаях на входе преобразователя устанавливают L-фильтры для дополнительного сглаживания импульсного напряжения до синусоидальной формы.

Как выбрать преобразователь частоты для трехфазного двигателя

Выбор преобразователя частоты — одна из ключевых задач при проектировании электропривода. При этом необходимо учитывать несколько важных параметров.

Ток и мощность: основные параметры

При выборе ПЧ по комплексной электрической мощности и номинальному току электродвигателя применяются следующие формулы:

• Iпч = (1,05…1,1) × Iдв, где Iпч и Iдв – номинальный ток преобразователя частоты и двигателя, соответственно, интервал 1,05…1.1 – коэффициент запаса (отношение величины максимального тока к номинальному значению);
• Рпч = Uдв × Iдв × √3 / 1000, где Pпч – искомая мощность ПЧ, Uдв и Iдв – напряжение и ток двигателя, соответственно.

Выбор по току выполняется с учетом некоторого запаса, для чего используется указанный коэффициент. Чем выше нагруженность привода, тем больше выбирается этот коэффициент.

Коэффициент запаса по выходному току преобразователя частоты можно найти в следующей таблице.

Категории нагрузки для электроприводов

1. Первая категория нагрузки — это приводы, предназначенные для легкого пуска и умеренного динамического момента. В эту категорию входят такие устройства, как вентиляторы и водяные насосы.
2. Вторая категория нагрузки — это электроприводы, способные на быстрый запуск под нагрузкой и обладающие повышенным динамическим моментом сопротивления. В категорию входят ленточные транспортеры, конвейеры, шлифовальные станки и подобные механизмы.
3. Третья категория нагрузки — это приводы оборудования, требующие тяжелого пуска и обладающие значительным динамическим моментом. К таким нагрузкам относятся краны, грузоподъемное оборудование, экструдеры и другие аналогичные машины.

После выполнения всех необходимых расчетов выбирается наиболее подходящее значение номинальных параметров преобразователя частоты из таблицы типоразмеров. При этом ток или мощность преобразователя должны быть равны или превышать соответствующие характеристики электродвигателя.

Факторы выбора преобразователя частоты

При выборе преобразователя частоты учитываются не только ток и мощность, но и другие важные параметры:

• Диапазон регулирования скорости и момента.
• Перегрузочная способность.
• Климатическое исполнение.
• Поддерживаемые протоколы промышленной связи.
• Функциональные возможности.
• Степень пылевлагозащиты.

Способы управления

Преобразователи частоты различаются по способу управления на скалярные и векторные.

• Скалярные преобразователи частоты подходят для приводов с постоянной нагрузкой и простыми алгоритмами управления, а также для группового управления несколькими двигателями с помощью одного устройства.
  Примеры применения:
  • Вентиляторы систем вентиляции, градирни, сушилки.
  • Насосы в инженерных и технологических системах.
  • Металло- и деревообрабатывающие станки.
  • Конвейеры и упаковочные машины.
• Векторные преобразователи частоты предназначены для электроприводов с переменной нагрузкой и ситуаций, где требуется точное управление моментом и скоростью, а также высокий пусковой момент.
  Примеры применения:
  • Экструдеры.
  • Испытательное оборудование.
  • Лифты и грузоподъемное оборудование.
  • Станки и линии для раскатки, волочения и размотки.

Некоторые преобразователи поддерживают как скалярный, так и векторный способы управления, что можно настроить в параметрах устройства.

Назначение и функциональные возможности

Преобразователи частоты делятся на общепромышленные и специализированные устройства.

• Общепромышленные модели имеют установленный набор базовых функций, таких как настройка разгона и остановки, ПИ- или ПИД-регулятор, автоматическая адаптация двигателя и другие. Остальные параметры настраиваются во время программирования.
• Специализированные устройства уже имеют настройки для конкретных типов приводов, включая пропуск резонансных частот или автоматический подхват для систем вентиляции.

Набор функций преобразователя должен соответствовать требованиям электропривода.

Протоколы связи

Для децентрализованных приводов наличие поддержки интерфейсов промышленной связи не обязательно. Однако для оборудования в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) требуется преобразователь с совместимым протоколом обмена данными, таким как CAN, MODBUS RTU, PROFIBUS, PROFINET или EtherCAT.

Исполнение

Климатическое исполнение и степень защиты преобразователя от пыли и влаги должны соответствовать условиям его эксплуатации. Учитываются:

• Класс защиты IP.
• Высота над уровнем моря.
• Температура окружающей среды.

Также важно учитывать наличие в воздухе горючей или взрывоопасной пыли, агрессивных химических веществ и содержание влаги.

Электромагнитная совместимость

Преобразователи частоты относятся к нелинейным нагрузкам и могут служить источниками паразитных гармоник и радиочастотных помех. Допустимый уровень искажений должен соответствовать условиям сети и требованиям к радиопомехам. В некоторых случаях требуется использование активных и пассивных входных и выходных фильтров.