Як вибрати перетворювач частоти

Перетворювач частоти (ПЧ, частотник, частотний перетворювач, частотно-регульований привід) – пристрій для керування роботою трифазного асинхронного електродвигуна ПЧ змінює частоту вхідної напруги і цим регулює швидкість обертання мотора. Надає можливість підключити трифазний двигун до однофазної мережі.

Частотний перетворювач забезпечує плавний розгін та гальмування мотора, оберігає його від коротких замикань та коливань напруги, обмежує пусковий струм. Дозволяє знизити споживання електроенергії та збільшити термін служби двигуна.

Перетворювачі частоти використовуються разом із вентиляторами, компресорами, насосами, конвеєрами, кранами, екструдерами, різними верстатами. Кожен вид обладнання має специфічні характеристики, які враховуються при виборі ПЧ.

Настінний – передбачає встановлення частотника на стіну. Оптимальний для ситуацій, коли можна обійтися без покупки дорогої електрошафи та електрощита. Подібні моделі відрізняються високим ступенем пило- та вологозахисту.

Кріплення на DIN-рейку – ПЧ монтується в електрощит, який у свою чергу має бути захищений електрошафою. Відповідно, дані прилади погано переносять вплив пилу та вологи.

Знімна – дає можливість керувати роботою ПЧ на відстані та програмувати його. Знижує ризик несанкціонованого доступу сторонніх осіб для зміни робочих параметрів. У деяких частотниках передбачається можливість копіювати дані, що полегшує налаштування великої кількості однотипних ПЧ. Такі моделі коштують дуже дорого.

Незнімна – й у більш дешевих частотних перетворювачів.

ШІМ (широтно-імпульсна модуляція) – технологія, яка застосовується зниження пускових струмів. ПЧ із ШІМ витримують навантаження до 200%. В результаті досягається плавний запуск електромотора. Зустрічається у двох варіантах – синусоїдальної та векторної. Остання є більш досконалою і надає менший негативний вплив на мережу живлення.

Діапазон регулювання частоти

Цей параметр повинен збігатися з діапазоном частот, у якому працюють електродвигун та обладнання. Це важливо, якщо необхідно знижувати швидкість обертання мотора при незмінному крутному моменті. Верхня межа пов'язана з максимальною частотою роботи підключеної техніки, нижня межа вказує на діапазон регулювання швидкості. Зазвичай ця характеристика становить 1:10.

Скалярний (вольт-частотний) – забезпечує постійне співвідношення вихідної напруги та вихідної частоти. При цьому контролюється лише швидкість обертання двигуна, яка залежить від навантаження.

Скалярний перетворювач підходить для одночасного керування кількома електромоторами. Мінуси: не можна змінювати частоту обертання валу без датчика та момент навантаження на валу мотора, зниження крутного моменту на низьких частотах.

Скалярний ПЧ підходить для малопотужних насосів, вентиляторів, компресорів, деревообробних верстатів та іншого обладнання, що не потребує точного керування. Скалярні частотники зустрічаються найчастіше.

вектор – позбавлений мінусів попереднього варіанту, але коштуватиме дорожче. Такий метод забезпечує постійну швидкість обертання при змінних навантаженнях і дозволяє точніше керувати роботою електромотора. Даний прилад оптимальний, якщо навантаження змінюється при одній частоті або двигун працює при низьких частотах (до 10 Гц).

Векторний ПЧ працює в парі з дробарками, токарними та шліфувальними верстатами, редукторами, підйомно-транспортними механізмами (підйомники, ліфти, крани) та будівельною технікою.

Лінійний U/f – дані перетворювачі набули найбільшого поширення.

Квадратичний U/f2 – такі частотники працюють у тандемі з потужними насосами та вентиляторами.

Без датчика ОС (SVC) – не передбачає наявність датчика, що відповідає за зворотний зв'язок. ПЧ визначає швидкість обертання двигуна на підставі введених параметрів мотора та даних про миттєві значення напруги і струму. Діапазон регулювання обертання валу не перевищує 1:100 за точності підтримки швидкості не більше 0.5%.

ПЧ без датчика ОС вибирають для приведення в дію екструдерів, шнеків, дробарок, верстатів.

З датчиком ОС (VF+PG) – забезпечує зворотний зв'язок між електромотором та перетворювачем. Датчик (резольвер, енкодер) передає інформацію про поточну частоту обертання мотора, ґрунтуючись на якій ПЧ регулює напругу, момент та швидкість двигуна. Дає більш високу точність керування роботою електромотора. Діапазон регулювання становить 1:10000 і більше за точності до 0.02%.

Перетворювачі частоти з датчиком ОС набувають для виробничих ліній, ліфтів та верстатів з ЧПУ.

Характеристики

Номінальний струм на виході та номінальна потужність – не повинні бути менше номінального струму та номінальної потужності електродвигуна (ці відомості вказані на шильдику двигуна). Номінальний струм – Струм, споживаний працюючим мотором при номінальному навантаженні на валу. Номінальний струм вимірюють в амперах (А), номінальну потужність – у кіловатах (кВт).

Рекомендується вибирати ПЧ з таким розрахунком, щоб його вихідний номінальний струм і номінальна потужність перевищували аналогічні характеристики асинхронного двигуна на 10-15%. Це дозволить уникнути навантаження частотника.

Важливо: у ряді випадків номінальний струм електродвигуна є важливішим показником, ніж його номінальна потужність. Це з особливостями роботи окремих пристроїв, наприклад, насосів. Різні типи даного обладнання за однакової номінальної потужності мають різні величини споживаного струму.

Крім того, деякі виробники вказують не номінальну, а споживану потужність техніки, що значно її перевищує. Якщо орієнтуватися цей параметр, можна переплатити за надмірно потужний частотник.

Фазність і напруга на вході (живильне)/виході – фазність та напруга струму, що подається на вхід ПЧ / фазність та напруга струму, що знімається на виході. Ці характеристики можуть відрізнятися залежно від моделі перетворювача:

• 1 ф 220 В / 1 ф 220 В – для однофазних двигунів, що підключаються до побутових приладів;
• 1 ф 220 В / 3 ф 220 В – для трифазних моторів, у яких значення напруги на «зірці» і «трикутнику» становить 380 і 220 відповідно;
• 3 ф 380 В / 3 ф 380 В – для трифазних електродвигунів, які працюють у парі із промисловим обладнанням.

Максимальна частота на виході – гранично допустима вихідна частота. Вимірюється у герцах (Гц). Цей параметр враховується щодо часу розгону електродвигуна. У різних моделях складає 50-400 Гц.

Перевантажувальна здатність протягом 1 хвилини – здатність ПЧ короткочасно видавати струм більше від номінального значення. Цей параметр необхідно враховувати для розгону електромотора за номінального навантаження. Вказується у відсотках від номінального пускового струму:

• до 110% – перетворювачі для вентиляторів та насосів;
• 150% – ПЧ для різноманітного промислового обладнання;
• до 200% – моделі для кранів, ліфтів та інших підйомно-транспортних механізмів

клас захисту – здатність оболонки корпуса частотника протистояти негативним зовнішнім факторам Позначається за допомогою буквено-цифрового коду IPXX, де перша цифра вказує на ступінь захисту від пилу, а друга – на ступінь захисту від вологи. Зустрічається обладнання з такими класами захисту:

• IP00 – захист від пилу та води відсутній;
• IP20 – захист від предметів діаметром 12.5 мм та більше, захист від води відсутній;
• IP21 – захист від предметів діаметром 12.5 мм і більше та вертикальних крапель;
• IP40 – захист від предметів діаметром 1 мм та більше, захист від води відсутній;
• IP54 – пилозахищений корпус, захист від бризок з будь-якого напрямку;
• IP55 – пилозахищений корпус, захист від водяних струменів з будь-якого напрямку;
• IP65 – пиленепроникний корпус, захист від водяних струменів з будь-якого напрямку;
• IP66 – пиленепроникний корпус, захист від сильних водяних струменів з будь-якого напрямку.

Частотний перетворювач з невисоким пило- та вологозахистом встановлюють в електрошафу, яка оберігає прилади від впливу пилу та вологи. Частотник з параметром IP54 та IP55 підходить для експлуатації у підвалі та інших сирих приміщеннях. ПЧ із класом захисту IP65 та IP66 використовується в умовах підвищеної вологості та запиленості повітря (цеху, виробничі приміщення).

Вібростійкість – здатність ПЧ витримувати вібраційні дії без погіршення його характеристик Вказується за допомогою літери g та цифри. Стандартний параметр – 0,6 g.

Входи дозволяють відправляти різні команди ПЧ (стоп, пуск, реверс), виходи використовуються передачі сигналів з перетворювача інше устаткування.

Аналоговий – призначений для плавного регулювання роботи ПЧ та контролю параметрів системи.

Цифровий (дискретний) – дає можливість керувати основними функціями частотника (пуск, зупинка, зміна швидкості). За цифровим інтерфейсом передається інформація про несправності та інші важливі дані.

Інтерфейс зв'язку (Modbus RTU RS-485) – призначений для керування частотником за допомогою комп'ютера. Такий інтерфейс дозволяє контролювати стан ПЧ, задавати необхідні робочі параметри устаткування. Оптимальне рішення створення автоматизованої системи.

ЕМС-фільтри – зменшують ЕМП (електромагнітні перешкоди), які виникають у процесі роботи ПЧ та випромінюються у мережу. ЕМП негативно впливають на роботу обладнання, що живиться від цієї мережі.

ПІД-регулятор (пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор) – підтримує задану швидкість обертання двигуна за змінного навантаження. Забезпечує точне регулювання швидкості, тиску, температури та інших технологічних параметрів. Застосовується в системах автоматичного керування.

Потенціометр – дозволяє встановити потрібну частоту обертання електромотора. Також потенціометр використовують для налаштування ПІД-регулятора.

Гальмівний модуль (гальмівний резистор) – розсіює надлишкове тепло, що виділяється при швидкому гальмуванні електродвигуна за допомогою ПЛ. Без резистора теплова енергія буде направлена до ПЧ, збільшуючи напругу у ланці постійного струму. Застосовується для роботи з димососами, шліфувальними верстатами, центрифугами, підйомно-транспортними механізмами та іншим обладнанням.

ПЛК (програмований логічний контролер) – дає можливість адаптувати ПЧ під конкретні завдання без використання додаткових пристроїв, наприклад таймерів або лічильників.

Моторний дросель – оберігає електромотор від імпульсних струмів та ПЧ від коротких замикань, а також знижує перешкоди. Використовується при великій довжині моторного кабелю та високій частоті перемикань.

Мережевий дросель – оберігає ПЧ від різких стрибків напруги і перекосів фаз, що важливо при нестабільній мережі живлення.

Дросель du/dt – знижує електромагнітні перешкоди та швидкість наростання напруги du/dt. Використовується при малій довжині кабелю. Інша ситуація, за якої доцільно застосування дроселя – низька частота ШІМ.

Синусний фільтр – забезпечує комплексний захист електродвигуна.

Розміри та вага

Ці параметри враховують під час монтажу перетворювача частоти. Багато моделей встановлюються в електрошафу. Відповідно, розміри пристрою (ШxВxГ) підбирають з таким розрахунком, щоб воно помістилося в цю шафу. Купуючи настінний частотник, звертають увагу на вагу, оскільки кріплення можуть не витримати занадто важкий агрегат.