Основные сведения для выбора преобразователей частоты для вентиляторов

Главная | Статьи, материалы | Основные сведения для выбора преобразователей частоты для вентиляторов

1. Преобразователь частоты (ПЧ)

 

Функцию управления скоростью в силовом приводе выполняет преобразователь частоты (ПЧ). Он обеспечивает запуск, остановку вращения, осуществляет управление технологическим режимом. Применяемые в такой схеме двигатели имеют свои особенности по сравнению с используемыми в силовых электроприводах. Не нужно удерживать на валу постоянный крутящий момент. Режимы разгона, торможения и остановки более плавные и не очень динамичные. Их управление не требует от преобразователей частоты сложных электронных и вычислительных возможностей. ПЧ для вентиляторов выпускают более простыми с набором необходимых функциональных возможностей.

 

2. Значение отдельных терминов

 

Электропривод. Это устройство для запуска рабочих механизмов и управления ими. Состоит из двигателя, аппаратов, и органов регулирования. Он главный потребитель энергии (около 60%).

Преобразователь частоты. Это источник электропитания (вторичный после сетевого). На его выходе получают напряжения и ток, отличающееся от первоначального источника.

Асинхронный двигатель. Это электромашина, частота вращения вала которой, меньше оборотов магнитного фона, возникающего от прохождения тока через обмотку статора. Он основной исполнитель превращения энергии в механическую работу.

Частотный преобразователь. Собранный из выпрямителя, конвертирующего в постоянный ток. Инвертора, на выходе которого снимают переменный необходимой частотой и амплитудой.

Номинальные данные — это параметры работающего двигателя в режиме, для которого он был изготовлен (предназначен).

Номинальный момент. Это развиваемый на валу электромашины крутящее усилие при оптимальных оборотах и мощности. Рассчитывают, по данным паспорта оборудования. Измеряют единицей ньютон метр и обозначают её как (Н м).

VLT — регулируемый преобразователь частоты.

Векторное управление. Способ регулировки работы машины изменением магнитного потока ротора. Это взаимодействие устройства с вращающимся пространственным вектором поля электродвигателя. Данный метод устойчив к большим перегрузкам и выдерживает на валу машины постоянный крутящий момент.

Частотный привод. Метод регулирования оборотов ротора изменением частоты тока. Устройство состоит из двигателя и преобразователя.

 

3. Потребность в частотном преобразователе (ЧП)

 

Функционирование вентилятора регулирует обмен и расход воздуха. Кроме того, необходимо гибко настраивать режим его работы при загрязнении, перемене влажности, температуры окружающей среды. Поэтому для оптимального управления системой вентиляции используют преобразователь частоты. Он управляет производительностью, скоростью и моментом электродвигателя. Выполняет плавный запуск машины без резких, ударных рывков, постепенно меняет обороты асинхронного мотора. Частотный привод используют с вентилятором при непостоянном сопротивлении воздуха, корректируя его напор или расход.

 

4. Состав

 

Частотный регулятор и его комплектация:

  • Выпрямитель, преобразующий переменное напряжение сетевого источника в постоянное.
  • Специальный узел, осуществляющий фильтрацию, сглаживание пульсаций и улучшает качество параметров энергии. Инвертора, на выходе которого получают переменное напряжение с требуемой частотой до 400 Гц, позволяющей эффективно выдерживать установленные обороты двигателя. В некоторых случаях верхняя граница достигает 100 Гц, но для оптимального функционирования вентилятора она находится в районе 120.

 

5. ЧП в работе вентилятора

 

Каждый год преобразователи частоты усовершенствуются дополнительными функциями и расширенными возможностями управления. Над этим работают производители и должны разбираться покупатели при подборе устройства.

В чём заключаются особенности встроенных в конструкцию вариантов.

  • В процессе изготовления часть функций уже включена в оборудование стандартного (серийного) исполнения. Их стоимость входит в цену продукта и набор определяет производитель.
  • После того как покупатель уяснил с недостающими функциями, изготовитель предложит опции и узлы, удовлетворяющие требования технологического процесса.

Какие бывают типовые действия преобразователей частоты.

Способ регулирования.

Применяют два метода управления моментом и скоростью двигателя. Скалярный и векторный. Первый — наиболее распространённый в эксплуатации вентиляторов. Он эффективен за счёт изменения скорости оборотов. Но диапазон регулирования небольшой и требует дополнительного включения датчиков, расширяющих возможность управления моментом и скоростью. Второй способ предпочтительнее. Он разделяется на регулировку по вектору тока и напряжения. Их величина пропорциональна моменту.

ПИД—узел.

Аббревиатура расшифровывается как пропорционально-интегрально-дифференцирующее устройство. Контролируя процесс, оно получает импульсы обратной связи. С лицевой панели сигнал, сформированный заранее, поступает на аналоговый вход. Он определяет отклонение номинальной величины от заданного параметра и генерирует сигнал управления. Установка такого регулятора в ПЧ упрощает схему благодаря отказу от использования контроллеров.

Дифференциальный аналоговый вход позволяет подключить два датчика процесса, необходимых для контроля параметров.

Отслеживание (оценка) работы

ПЧ используют для предохранения двигателя от механических перегрузок или резких колебаний. Например, повреждения привода или ремня вентилятора. Защита основана с использованием цифровой системы контроля изменений работы механизма, то есть от усилий на исполнительном устройстве. При нарушении оптимальной нагрузки система может прекратить работу двигателя, задержать его повторное включение, или сообщить аварийное оповещение. Наличие такого контроля исключает установку дополнительных датчиков. Например, получение информации об износе оборудования, необходимого для проведения срочного ремонта.

Подхват работающего двигателя

Перезагрузка машины происходит без пиковых скачков напряжения и токов, независимо от направления вращения. Исключён электрический и механический износ узлов и деталей. Это важно для вентиляторов, работающих на вытяжке. Так как они при пуске имеют разное вращение, тем более при каскадной схеме размещения вентиляторов.

Фильтр электромагнитной совместимости

Он сводит к минимуму возникновение помех. Которые влияют на сверхчувствительные узлы оборудования, питающего источника, а также и для защиты самого преобразователя. Устраняя их влияние на другие технические средства, улучшается функционирование характеристик, заложенных в ПЧ. Фильтр подходит для работы во всех типах приводов.

IP исполнение

Это защита конструкции при эксплуатации от влияния неблагоприятной среды (влаги, пыли). Распространение получила IP 54. В этом случае ПЧ устанавливают по соседству с исполнительным механизмом, минуя его монтаж в отдельном шкафу.

Роль автонастройки

Она уменьшает время запуска в работу ПЧ. Особенно при сочетании с функцией ПИД-регулятора. Преобразователи частоты, получив сигналы о параметрах технологического процесса, сразу же подгоняет их к номинальному уровню. Это сокращает период настройки и обеспечивает эффективность управления.

Векторное торможение

Оно осуществляет рассеяние тормозной мощности двигатель без применения электронных устройств. Это наблюдается при ударных нагрузках или неверной фиксации времени разгона.

Наличие входов и выходов (аналоговых, дискретных)

Предназначены для подсоединения ПЧ с источниками управления. Чем больше их количество, тем увеличивается возможность получать сигналы из сферы программирования.

Виртуальные логические функции

Они открывают добавочные варианты за счёт устройства лишних плат входов или выходов. Их объединяют без кабелей и внешних подсоединений. Выбор функций выполняют прямо с панели управления.

Параметры

Их большое количество предоставляет гибко настраивать ПЧ под стоящие задачи. Особенно, когда необходимо изменить режим двигателя. Они вводятся через меню подбора параметров. Преобразователь частоты поддерживает оптимальную работу с рядом электродвигателей разных мощностей, функционирующих для отдельных видов технологического применения.

Изменение пиковых усилий

Ток трансформируется линейно относительно крутящего момента, и такая зависимость даёт оптимальный результат работы. Его увеличение может достичь до 400% от номинального параметра. Другими словами, 250% тока соответствует 250 процентов момента.

Полу управляемый выпрямитель

Он плавно подключает напряжение к звену постоянного тока, не реагирующего на частые потери питания. ПЧ разъединяет контактор, снимая напряжение, тем самым обеспечивая экономный расход электроэнергии.

Взаимодействие с обратной связью

Помогает ПЧ встраивать в системы автоматизации. Их набор, а также протоколов, дают больше возможностей применить в любую технологическую систему.

Русифицированное меню

Предоставляет пользователям быстро понять настройки, параметры, а также анализировать показания изменяющихся данных на дисплее.

 

6. Как ПЧ регулируют скорость вращения

 

Электродвигателем управляют изменением частоты питающего источника. Рабочие механизмы не всегда функционируют на максимальной нагрузке двигателя. Тем более на выпуске вентиляционного устройства монтируют заслонки, уменьшающие расход воздуха. Снижение скорости вращения приводит к уменьшению потребления энергии до 30%. Этого достигают применением ПЧ, чего нельзя добиться традиционными методами управления двигателями. Достаточно снизить рабочую частоту на 20%, как используемая энергия уменьшится в два раза.

Учитывая, длительные сроки эксплуатации старых электромашин для их работы на выходе преобразователей устанавливают фильтры. Это могут быть синусоидальные, с ферритовыми кольцами или типа du / dt. Они позволяют снизить возможность повреждения подержанных электромашин. Имея функцию подхвата работающего двигателя при падении или исчезновении источника питания, ПЧ быстро подключает его, избегая простоя технологического оборудования. Они имеют возможность подсоединять программные логические конструкции, или к системе АСУ, повышающие уровень автоматизации.

ПЧ увеличивают срок эксплуатации, повышают устойчивость и надёжность системы управления вентиляторами и не требуют сложного технического обслуживания.

 

7. ПЧ в регулировке высоковольтными вентиляторами

 

Иногда используются двигатели напряжением в 6 кВ.

 

В этом случае, при изменяемой нагрузке, эффективны регулируемые преобразователи частоты. Для управления подходит двух трансформаторный метод: один — понижающий, второй — повышающий. В состав входит низковольтный ПЧ, синусоидальные фильтры. Их количество определяют в зависимости от мощности преобразователя.

Преимущества метода с 2 трансформаторами

При использовании в указанной границе мощности этот способ дешевле на 30%.

Достигнута гальваническая развязка двух трансформаторов.

Простое обслуживание, запуск, выше надёжность управления и привода. При обновлении высоковольтный двигатель заменяют потребляющим низкое напряжение.

 

8. Преобразователи частоты для вентиляторов

 

Продукция, выпускаемая компанией Веспер.

Обозначение, применение, особенности, управление

EI-7011 Общепромышленные процессы и в том числе для вентиляции.

EI-9011 Широкий выбор скорости, точностью до 0,02%. Достигается соотношение 1:1000. Векторного исполнения. Регулируемый максимальный крутящий момент. От запуска и до остановки вентилятора увеличен диапазон нагрузки.

E2—8300 Векторное управление с логическим контроллером. Применяют в быстроменяющихся динамических процессах, систем вентиляции.

E2 — mini Корпус IP 20. Укомплектован пультом управления, фильтром электромагнитных помех, дополнительными функциями.

 

9. Преимущества ПЧ

 

За счёт регулирования скорости происходит экономия электроэнергии до 50%.

Применение позволяет избежать поломки двигателей, выполняя плавный запуск из-за отсутствия 7-кратных пусковых токов.

Простота настройки параметров изменения скорости.

Регулируемый режим работы на всём диапазоне частоты.

Функции позволяют выполнять задачи автоматического управления без комплектации другими устройствами.

Не требуют сложного технического обслуживания. Такого как с машинами постоянного тока или механическими задвижками.

Устройство защищено от перегрева.

Отсутствует износ частей и узлов, повышающий надёжность, работать без аварий и простоев технологического оборудования.

 

10. Подбор частотного преобразователя для вентилятора

 

На что надо обратить внимание. Сначала акцентируют на нескольких моделях, отвечающих практическим требованиям. Потом из этого ряда останавливаются на устройстве, по которому определены эксплуатационная пригодность, надёжность, уровень обслуживания, гарантий, особенности поставки, стоимости и т. д. Перед этим отбросив не подходящие по параметрам варианты: мощности, исполнения, несовместимость для встраивания с другими узлами.

Конкретизируют способ управления. Он может быть скалярным или векторным. Первый более простой. Здесь учитывается неизменное отношение напряжения на выходе к частоте. Такого режима регулировки вполне достаточно для работы в схемах вентиляции. Векторный способ более применим для приводов с большими двигателями.

Основные критерии

Мощность. Подбирают модели согласно этому параметру. Это облегчит унификацию начиная от запасных частей, узлов и более простое обслуживание. Если требования неограниченные, тогда выбирают устройства с более широким диапазоном.

Напряжение на входе. Его уровень питающей сети, определяет постоянную работоспособность преобразователя, несмотря на возможность отклонений. При уменьшении напряжении устройство будет останавливаться или соответственно снижать скорость. Повышенное — приведёт к нерабочему состоянию.

Границы частоты. При использовании двигателей с линейкой от 200 до 1 тыс. Гц необходимо учитывать диапазон верхнего предела. ПЧ должен выдавать на выходе тот параметр, под который рассчитана работа двигателя и других узлов. Управление скоростью устанавливают по нижнему значению. Однако, если он равен 0 Гц, то гарантий на устойчивую работу не будет. В этом случае вопрос регулировки уточняют с производителем.

Количество управляющих входов. Для таких команд, как выбор скорости, пуск, стоп, аварийная остановка требуются дискретные подсоединения и программируются они пользователем.

Аналоговые применяются для обратной связи и принимают сигнал напряжением 10 В и током до 20 мА. Для высокой частоты, поступающей от датчиков положения и скорости, используют цифровые входы. При устройстве сложных систем регулирования с большим числом управляющих импульсов необходимо иметь много порталов.

Количество сигналов на выходе. Дискретные применяют для организации работы сложных систем, вывода разнообразной информации. Аналоговые нужны для электропитания устройств отображения и ранее перечисленных потребностей.

Метод быстрого управления. Регулирование выполняют с установленного или выносного пульта. Возможен вариант по шине последовательной связи, компьютеру, контроллеру или составным способом.

При выборе преобразователь согласовывается с мощностью двигателя. ПЧ по этому показателю должен быть равен или больше электромашины. Но это не является главным при выборе. Обращать внимание необходимо на токовые характеристики. На выходе ЧП она должна быть больше номинального тока электродвигателя. Но с другой стороны, если для вентилятора критичными является скорость разгона и особенно остановки, то ПЧ выбирают по пусковому, а не по номинальному току. И кроме того, необходимо убедиться: обеспечит ли преобразователь пуск с учётом перегрузки. Если он не выполняет это условие, тогда его выбирают на две ступени выше.

 

11. Практика управления

 

Пример: сохранение температуры воздуха в отапливаемом помещении.

Требуемое условие выполнит система автоматически, используя схему с обратной зависимостью.

Получив от датчика 3, контролирующего текущую температуру в помещении, ПЧ 4 посылает сигнал, регулирующий вращение асинхронной машине 5. Параметры заранее настраивают с панели управления преобразователя, которые подстраивают систему к номинальному режиму.

Таким образом, изменяя скорость вращение вентилятора 2, увеличивают расход воздуха.

Температура становится равной оптимальному показателю.

На графике показана взаимозависимость потребления электроэнергии от скорости вращения.

Результат использования ПЧ.

  • Удержание номинальной температуры.
  • Отсутствие механических задвижек.
  • Упрощена система вентиляции.
  • Регулирование скоростью снижает расход энергии и нагрузку на питающую сеть.
  • Уменьшается необходимость в аварийно-ремонтных работах, замене узлов, времени простоев оборудования.

 

12. Недостатки ПЧ

 

Они передают в питающую сеть электромагнитные помехи. Для их устранения применяют пассивные и активные фильтры и т. д. Они улучшают показатели источника, уменьшают отрицательные воздействия на чувствительные узлы оборудования.

Запуская вентилятор, ток возрастает до 7-кратной величины от номинальных параметров. Разгон продолжается некоторое время. При этом возникают большие механические, электрические и тепловые перегрузки на все узлы вентилятора. Совокупность таких факторов снижает надёжность двигателя, сокращая его эксплуатационный ресурс.

Потребление энергии выдерживается на устойчивом уровне за счёт постоянного вращения машины. Но установка фильтров, загрязнение системы увеличивают аэродинамическое сопротивление. Поэтому необходимо иметь запас мощности, так как надо удержать подачу воздуха на номинальном уровне.

Сравнивая с другими методами управления асинхронным двигателем, преобразователи частоты имеют самую высокую стоимость.

Чтобы оставить комментарий, Вы должны авторизоваться на сайте
Данный сайт использует файлы cookie и прочие похожие технологии. В том числе, мы обрабатываем Ваш IP-адрес для определения региона местоположения. Используя данный сайт, вы подтверждаете свое согласие с политикой конфиденциальности сайта.
ОК