Как подобрать частотный преобразователь для трехфазного электродвигателя

Управление трехфазным двигателем

ПЧ позволяют регулировать частоту и величину подаваемого на обмотки силового агрегата напряжения, в результате скорость и момент на валу изменяются пропорционально.

Наибольше распространение получили ПЧ на базе схемы двойного преобразования. Устройство состоит из следующих функциональных блоков:

• Выпрямителя.
• Емкостного звена постоянного тока.
• Инвертора на быстродействующих IGBT-транзисторах.
• Схемы управления.

Изменение частоты осуществляется следующим образом. Переменное напряжение сети подается на вход выпрямителя, где преобразовывается в постоянное. Далее фильтруется от переменной составляющей в звене постоянного тока, подается на инвертор. Попеременная коммутация электронных ключей инвертора настроена таким образом, что на выходе образуется импульсное напряжение частотой, отличной от сетевой. За счет индуктивности обмоток двигателя импульсы приобретают синусоидальную форму. В ряде случав на входе преобразователя частоты устанавливают L-фильтры, которые дополнительно сглаживают импульсное напряжение до синусоидального.

Как выбрать преобразователь частоты для 3-фазного двигателя

Выбор преобразователей частоты – одна из задач проектирования электропривода. При этом учитывают несколько ключевых параметров.

Ток или мощность, другие основные параметры

Для выбора ПЧ по комплексной электрической мощности и номинальному току электродвигателя используют следующие выражения:

• 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 осуществляется с некоторым запасом, для этого введен соответствующий коэффициент. Чем выше нагруженность привода – тем больше выбирают коэффициент.

Коэффициент запаса по выходному току преобразователя частоты указан в таблице ниже.

1 категория нагрузки – соответствует приводу с легким пуском и умеренным динамическим моментом. В категорию входят вентиляторы, водяные насосы.

2 категория нагрузки – соответствует электроприводу с быстрым пуском под нагрузкой и повышенным динамическим моментом сопротивления нагрузки. Категория включает ленточные транспортеры и конвейеры, шлифовальные станки и т.п.

3 категория нагрузки – соответствует приводу оборудования с тяжелым пуском и большим динамическим моментом. К такой нагрузке относятся краны, грузоподъемное оборудование, экструдеры и другие аналогичные механизмы.

После выполнения расчетов выбирают наиболее близкое значение номинальных параметров ПЧ по таблице типоразмеров. При этом ток или мощность преобразователя должны быть больше или равны аналогичным характеристикам двигателя.

Алгоритм выбора преобразователя частоты

Кроме тока и мощности, учитывают диапазон регулирования скорости и момента, перегрузочную способность, климатическое исполнение, поддерживаемые протоколы промышленной связи, функциональные возможности, степень пылевлагозащиты.

Способы управления

По способу управления различают скалярные и векторные преобразователи частоты.

Скалярные ПЧ выбирают для приводов с постоянной нагрузкой, управляемых по простым алгоритмам, группового управления несколькими двигателями одним ПЧ.

Примеры использования скалярных преобразователей частоты:

• Вентиляторы систем воздухообмена, градирен, сушилок.
• Насосы инженерных и технологических систем.
• Металло- и деревообрабатывающие станки.
• Конвейеры и упаковочные машины.

Векторные ПЧ применяют в электроприводах с переменной нагрузкой, в оборудовании, где требуется точное управление моментом и скоростью, позиционирование, высокий пусковой момент.

Примеры использования векторных преобразователей частоты:

• Экструдеры.
• Испытательное оборудование.
• Лифты и грузоподъемное оборудование.
• Станки и линии для раскатки, волочения, размотки.

Ряд ПЧ поддерживают скалярный и векторный способ управления. Его можно задать в настройках устройства.

Назначение и набор функций

Различают общепромышленные и специализированные устройства.

Первые имеют установленный набор базовых функций: настройка разгона и остановки, ПИ- или ПИД-регулятор, автоматическая адаптация двигателя и др. Остальное настраивается в процессе программирования.

Вторые уже имеют специализированные настройки для того или иного вида привода. Например, пропуск резонансных частот, автоматический подхват для вентиляции и т.д.

Набор функций ПЧ должен соответствовать требованиям к электроприводу.

Протоколы связи

Для децентрализованных приводов не требуются ПЧ с поддержкой интерфейсов промышленной связи. Для оборудования в составе АСУТП требуется преобразователь частоты с совместимым протоколом обмена данными. Это могут быть САN, MODBUSRTU, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT.

Исполнение

Климатическое исполнение и степень защиты от попадания пыли и влаги преобразователя частоты должны соответствовать условиям эксплуатации.

При этом учитывают:

• Класс защиты IP.
• Высоту над уровнем моря.
• Температуру окружающей среды.

Кроме того, принимают во внимание наличие в воздухе горючей или взрывоопасной пыли, химически агрессивных веществ, содержание влаги.

Электромагнитная совместимость

Преобразователи частоты относятся к нелинейной нагрузке. Данные устройства – источники паразитных гармоник и помех на радиочастоте. Допустимый уровень искажений должен соответствовать условиям сети и требованиям к интенсивности радиопомех. В ряде случае требуется применение активных и пассивных входных и выходных фильтров.