Как выбрать преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Преобразователь частоты (частотник, ПЧ) — оборудование, предназначенное для регулировки работы асинхронного двигателя.

Правильно выбранный ПЧ позволяет менять скорость вращения вала двигателя и тем самым удерживать определенные показатели расхода или давления. Также он делает возможной работу электродвигателя при отсутствии трехфазного питания 380(мощность ограничена до 2,2 кВт) В без потери мощности (при условии, что двигатель поддерживает переключение «звезда-треугольник»).

Рассказываем, как подобрать частотный преобразователь для асинхронного электродвигателя и какие параметры оборудования нельзя упускать из виду.

Зачем нужен преобразователь частоты

ПЧ решает сразу несколько важных задач:

• помогает включить реверс;
• ограничивает пусковой ток;
• дает возможность контролировать рабочий ток;
• обеспечивает плавный разгон и останов двигателя, в том числе с настройкой по времени;
• защищает двигатель и сам механизм от перегрузок;
• стабилизирует крутящий момент на валу при колебаниях напряжения;
• автоматически перезапускает электродвигатель при восстановлении питания;
• позволяет контролировать технические параметры оборудования и управлять ими.

С помощью частотника можно создать многоуровневую систему управления производством и улучшить эффективность его работы.

Применять частотный преобразователь выгодно. Он помогает экономить потребляемую энергию. Также ПЧ продлевает ресурс механических и электрических компонентов оборудования. За счет этого можно избежать необходимости ремонта, снизить текущие производственные расходы и так называемую стоимость владения.

По каким параметрам выбирать частотный преобразователь

Основные факторы, которые нужно учитывать при подборе модели:

• Тип электродвигателя. ПЧ всегда выбирается под конкретный вид двигателя. Частотник для асинхронной модели с короткозамкнутой обмоткой не подойдет для синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и наоборот (а как же 500Е?).
• Частота. Чем больше частотный диапазон ПЧ, тем больше возможностей он дает.
• Номинальная мощность частотного преобразователя. Должна быть больше мощности двигателя или совпадать с ней.
• Номинальный ток ПЧ. Он аналогичным образом должен быть равен току электродвигателя или превышать его.
• Способ управления. Существует 2 метода управления ПЧ. Векторный — минимизирует реактивный ток и управляет крутящим моментом на валу при функционировании двигателя на минимальных частотах. Скалярный метод помогает синхронно управлять группой электродвигателей.
• Режим работы ПЧ. Частотные преобразователи работают в насосно-вентиляторном или общепромышленном режиме. Первый необходим для эксплуатации с нагрузкой с изменяющимся вращающим моментом, второй — с постоянным.
• Напряжение питающей электросети. ПЧ может быть предназначен для трехфазной или однофазной сети.
• Уровень пыле- и влагозащиты. Стоит выбирать защищенное оборудование, если преобразователь частоты будет находиться в пыльном месте или помещении с повышенным уровнем влажности.

Есть еще ряд функциональных особенностей ПЧ, актуальных для эксплуатации с отдельными типами оборудования.

Как выбрать частотный преобразователь и что учесть

Покажем наглядно, как выбрать преобразователь частоты для асинхронного двигателя со следующими характеристиками:

• номинальная мощность — 37 кВт;
• номинальный ток — 70,2 А;
• напряжение — 380 В при подключении в треугольник.

Остальные характеристики модели можно посмотреть на шильдике электродвигателя.



С учетом этих характеристик можно выбрать преобразователь частоты ProfiMaster PM150A-4T030B-H или PM150A-4T037B-H — они оба подходят по основным параметрам. Свели характеристики этих моделей в таблицу, чтобы было удобно их сравнить.




Сравнение мощности и тока в разных режимах работы

Чтобы определиться с моделью, необходимо учесть характер нагрузки на электродвигатель.

Если она будет насосно-вентиляторной (с переменным вращающим моментом), разумнее выбрать ПЧ PM150A-4T030B-H. В таком режиме работы его основные параметры равны или больше показателей электродвигателя.

Если двигатель работает с постоянным крутящим моментом (общепромышленная нагрузка), PM150A-4T037B-H покажет себя лучше. Эта модель при эксплуатации в общепромышленном режиме рассчитана на ток в 75 А и мощность 37 кВт — показатели равны характеристикам рассматриваемого электродвигателя.




Способ управления ПЧ

Частотные преобразователи PM150A-4T030B-H или PM150A-4T037B-H обеспечивают регулировку частоты вращения двигателя и в скалярном, и в векторном режиме.

Скалярный

Скалярный режим управления ПЧ часто называют U/F или вольт-частотным. Он сохраняет неизменными магнитное поле статора и номинальный момент на валу вне зависимости от того, с какой скоростью вращается вал.

При этом при эксплуатации на близких к минимальным частотам скорость вращения вала изменяется. Направление изменения зависит от нагрузки: при ее увеличении скорость становится ниже, при уменьшении — увеличивается. На величину изменения параметров влияют параметры электродвигателя.

Чтобы сохранить момент на частоте до 5-10 Гц, важно правильно скорректировать напряжение кривой U/F. Если увеличить напряжение — увеличится пусковой момент, потребление тока вырастет и, как следствие, увеличится нагрев. При вольт-частотном управлении рекомендуется задавать частоту от 15 до 50 Гц.

Скалярный метод управления позволяет преобразователю частот управлять показателями сразу нескольких электродвигателей, если для них предусмотрена отдельная защита по току.

Такой режим подходит для решения различных задач. С ПЧ в скалярном режиме работают электроприводы насосов, вентиляторов, компрессоров, станков и другого производственного оборудования.

Векторный

Векторный режим ПЧ обеспечивает неизменную скорость вращения при переменной нагрузке, так как регулирование выходного напряжения происходит в авторежиме. Таким образом модель в векторном режиме обеспечивает бесперебойное функционирование двигателя при небольших частотах, так как самостоятельно компенсирует уменьшение напряжения в обмотках. При этом частота вращения при неизменной нагрузке может незначительно изменяться. Нормальным считается изменение частоты до 5 Гц. Это происходит, так как преобразователь ищет оптимальное напряжение на обмотках электродвигателя.

Векторный метод может зафиксировать момент при низких частотах, в частности при меняющейся нагрузке. Диапазон регулировки векторного режима, как правило, шире, чем скалярного, но это актуально не для всех моделей частотников.

Преобразователь в этом режиме может работать только с одним электродвигателем, подключить несколько двигателей не получится.

Векторный режим обычно применяется при работе преобразователя частоты с двигателем подъемной машины, буровой установки или другой техники, если важно обеспечить высокий момент в области низких частот в момент запуска электродвигателя.




Особенности применения преобразователя частоты

Если нужно увеличить пусковой момент, лучше выбирать преобразователь частоты большей мощности. В случае с электродвигателем и ПЧ, которые мы рассматриваем, это будет модель ProfiMaster PM150A-4T037B-H.

Необходимость выбирать более мощный преобразователь связана с тем, что ПЧ в большинстве случаев может обеспечить электродвигатель только полуторакратным током. Для вычисления этого показателя необходимо умножить номинальный ток на перегрузочную способность преобразователя частоты.

Если ПЧ будет использоваться для увеличения скорости электродвигателя выше номинальной, важно учесть одну особенность. При росте частоты выше номинальной момент на валу уменьшается пропорционально квадрату отношения U/F. Это, в свою очередь, приводит к ускорению износа подшипников и увеличению вероятности перегрузки двигателя.




Дополнительные опции

Помимо основных характеристик важен и дополнительный функционал преобразователя. Некоторые элементы делают проще монтаж и настройку ПЧ и увеличивают надежность его работы.

Например, частотники ProfiMaster оснащаются:

• встроенным устройством молниезащиты;
• удобной панелью управления с индикацией и дисплеем;
• функцией автонастройки (автотюнинга) двигателя;
• большим количеством настроек и установок;
• дискретными, аналоговыми и цифровыми выходами;
• интерфейсами связи Modbus RTU, RS 485;
• встроенным тормозным устройством;
• защищенным корпусом по стандарту IP20;
• встроенным вентилятором для принудительного воздушного охлаждения.

Штатную панель управления можно вынести на расстояние до 50 м от частотного преобразователя при помощи патч-корда.

Также при выборе преобразователя важно обратить внимание на условия покупки. ООО «НТЦ Приводная Техника» реализует все оборудование с гарантией. Наши технические специалисты консультируют, помогают выбрать электротехнику, сопровождают поставки, выполняют гарантийное и послегарантийное обслуживание частотников.




Индукторы и другие элементы к ПЧ

Для решения некоторых задач нужно правильно выбрать не только ПЧ, но и другие периферийные устройства.

Например, транзисторный резистор рассеивает энергию двигателя, направленную на частотный преобразователь. Тормозной резистор помогает быстро остановить или замедлить двигатель, эксплуатирующийся с инерционной нагрузкой. Такое оборудование также востребовано при необходимости сохранить точность позиционирования.

Еще один дополнительный элемент, который может пригодиться, — моторный дроссель. Он устанавливается, если расстояние между электродвигателем и частотником превышает 30 метров. Моторный дроссель предупреждает воздействие на электродвигатель импульсных токов, снижает помехи, ограничивает амплитуды тока. Таким образом, этот элемент защищает ПЧ от короткого замыкания.

Сетевой дроссель нужен, если:

• показатели электросети нестабильны, присутствуют провалы напряжения или пульсация;
• наблюдается переход фаз более 3%;
• используется мощный трансформатор (>500 кВа);
• мощность трансформатора в 6+ раз превышает мощность ПЧ;
• кабель между трансформатором и ПЧ короче 10 метров.

Во всех этих случаях сетевой дроссель будет выступать в роли двустороннего буфера между электросетью и частотным преобразователем. Он защитит оборудование от пиковых скачков напряжения и поможет продлить срок эксплуатации ПЧ.

Автоматический выключатель отключает электропитание и позволяет избежать порчи оборудования в случае нештатной перегрузки. Ток отключения автоматического выключателя подбирается в 1,5-2 раза больше номинального тока ПЧ.