Что такое частотный преобразователь, для чего он нужен и как выбрать

Что такое частотный преобразователь?

Частотные преобразователи (или частотники) – это электронные устройства, используемые для изменения скорости и крутящего момента асинхронных электродвигателей. Обычно используются в системах автоматического управления, включая промышленные и коммерческие системы, такие как насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры и другие.

Как работает преобразователь частоты?

Частотный преобразователь изменяеь частоту и напряжения питания двигателя, что позволяет контролировать его скорость и крутящий момент вращения. Частотник может быть использован для увеличения или уменьшения скорости вращения двигателя в зависимости от требований процесса.

Чтобы частотник для двигателя правильно работал, необходимо учитывать несколько факторов: тип двигателя, его мощность, номинальную частоту и напряжение, а также необходимый диапазон скоростей. Кроме того, необходимо обеспечить правильную настройку параметров частотного преобразователя и подбор оптимальных настроек в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Преимущества частотных преобразователей

Перед тем как купить частотный преобразователь, узнайте об обном из главных его преимуществ использования - возможность значительного снижения энергопотребления в процессе эксплуатации. Такая экономия позволяет значительно снизить затраты на энергию. Кроме того, использование преобразователя частоты улучшвет точность контроля процессов, снижает износ и повреждение оборудования.

Рассмотри дполнительные преимущества, которые делают их более эффективными и удобными для использования по сравнению с другими методами управления двигателями.

1. Энергоэффективность: Одним из основных преимуществ использования частотных преобразователей является их способность обеспечивать энергоэффективность. При использовании частотного преобразователя можно регулировать скорость вращения двигателя, что позволяет снизить потребление электроэнергии и улучшить энергоэффективность.
2. Регулировка скорости: частотники обеспечивают регулировку скорости вращения мотора, что делает их идеальным выбором для приложений, где требуется изменение скорости вращения (например, для настройки процессов или снижения износа оборудования). Регулировка скорости позволяет точно настраивать скорость вращения двигателя и поддерживать ее на постоянном уровне, что увеличивает точность и качество работы процесса.
3. Увеличение срока эксплуатации двигателя: Использование частотных преобразователей может также увеличить срок службы двигателя. Это связано с тем, что преобразователь частоты может помочь снизить нагрузку на двигатель, снизить трение и износ, что может привести к более длительному сроку службы.

Какими электродвигателями можно управлять с помощью частотного преобразователя?

Есть большое количество типов электродвигателей, которыми можно управлять, используя преобразователи частоты разных типов:

• Асинхронные (индукционные) двигатели с короткозамкнутым ротором,
• Асинхронные двигатели с внешним ротором,
• Синхронные двигатели.

Все, что будет написано в этой статье, будет касаться трех наиболее распространенных типов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и напряжением питания 220 В

Для управления этим типом двигателя используется частотник для однофазного двигателя серии SPLC-NZE мощностью от 0.75 до 3.7 кВт, который может работать только в скалярном режиме.

Трёхфазные асинхронные двигатели с соединением фаз треугольником, короткозамкнутым ротором и напряжением питания на входе 220 В

Управление этим типом двигателя возможно в векторном и скалярном режимах. Тип управления электромотором зависит от задачи и серии преобразователя.

Частотные преобразователи 220В с выходом 3 фазы серий SPLC-ESD, SPLC-ESD2 и SPLC-NLP1000 обеспечат скалярное управление двигателем. Серия частотных преобразователей SPLC-AT20 обеспечит векторное управление.

Трёхфазные асинхронные двигатели с соединением фаз звездой с короткозамкнутым ротором и напряжением питания 380В

Управление этим типом моторов возможно также в векторном и скалярном режиме.

Если у вас сеть 220В и необходимо запустить 3-фазный двигатель с питающим напряжением 380В, выбирайте частотный преобразователь 220/380 серии SPLC-NZ2200.

Если у вас есть сеть 380В и необходимо скалярное управление двигателем, Ваш выбор - преобразователь частоты серии SPLC-NLP1000.

Если у вас есть сеть 380В и необходимо векторное управление двигателем, рассмотрите покупку серий SPLC-AT20 или SPLC-NZ8400.

Какие бывают преобразователи частоты?

Преобразователи частоты – это частотно регулируемые приводы (VFDs), которые используются для управления скоростью и крутящим моментом электродвигателей. Они работают посредством преобразования входной мощности переменного тока в мощность постоянного тока, а затем обратно в мощность переменного тока с переменной частотой и напряжением для регулировки скорости вращения двигателя.

Существует три основных типа преобразователей частоты: скалярные (V/F), векторные (FOC) и с прямым управлением крутящим моментом (DTC). Каждый тип имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому выбор преобразователя зависит от конкретного применения и типа двигателя.

Скалярные преобразователи частоты (V/F)

Преобразователи V/F, также известные как скалярные преобразователи, являются самым простым и распространенным типом преобразователей частоты. Они работают, поддерживая фиксированное отношение напряжения к частоте, которое обычно называют «отношением V/F». При изменении частоты напряжение регулируется пропорционально поддержанию соотношения V/F.

Скалярные частотные преобразователи обычно используются со стандартными трехфазными асинхронными двигателями, имеющими постоянный момент. Они хорошо подходят для применения, где контроль скорости не имеет решающего значения (например, вентиляторы, насосы и конвейеры).

На нашем сайте несколько типов частотных преобразователей, которые могут работать в скалярном режиме:

1. Серия SPLC-ESD – частотный преобразователь эконом серии для 3-фазных двигателей малой мощности от 0.2 до 1.1 кВт.
2. Серия SPLC-NLP1000 – преобразователь частоты для трехфазных двигателей мощностью до 220 кВт.
3. Серия SPLC-AT20 – преобразователь частоты для 3Ф двигателей мощностью до 280 кВт, который может работать в режимах как с векторным, так и со скалярным управлением.

Векторные преобразователи частоты

Векторные преобразователи также известны как преобразователи с управлением по полю (FOC). Они более совершенны, чем скалярные, потому что используйте более сложный алгоритм управления, учитывающий магнитное поле двигателя и положение ротора. Это позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент двигателя, а также делает их хорошо приспособленными для применений, где требуется высокопроизводительное управление скоростью: станки, компрессоры, краны, робототехника и любые другие приложения, где требуется точное поддержание частоты вращения.

Векторные преобразователи в свою очередь делятся на 2 типа:

1. Векторное бездатчиковое управление (SFVC)
2. Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC)

Векторное бездатчиковое управление (SFVC)

Это метод управления асинхронным двигателем, использующим математическую модель для контроля за моментом и скоростью двигателя. Он основывается на измерении тока и напряжения, а также на вычислении частоты и мощности двигателя, чтобы определить его скорость и положение ротора. В этом методе не требуется использование датчиков измерения положения ротора, что делает его более экономичным и удобным в установке. SFVC использует математические алгоритмы для вычисления положения ротора, определяя его на основе измеренных параметров. Преимуществом метода SFVC является достижение высокой точности поддержания момента и скорости асинхронного двигателя. Кроме того, этот метод обеспечивает более плавный пуск и остановку двигателя, а также улучшенную эффективность и экономию энергии.

Поддерживающие частотные преобразователи (SFVC) используются для управления конвейерами, компрессорами, шпинделями станков и в других задачах, где допустима стабильность поддержания частоты вращения в пределах +/-0,5% от заданного значения.

Векторное бездатчиковое управление реализовано в сериях SPLC-AT20 и SPLC-NZ8400.

Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC)

Режим управления асинхронным двигателем с закрытой петлей векторного контроля (CLVC) – это метод, использующий информацию обратной связи от датчиков для точного контроля скорости и положения ротора двигателя.

CLVC обеспечивает более точное управление скоростью и крутящим моментом, чем SFVC, поскольку он использует датчики обратной связи, энкодеры, которые измеряют скорость и положение ротора. Это позволяет контроллеру управлять скоростью двигателя с высокой точностью, обеспечивая мягкий пуск и остановку, а также точный контроль положения ротора, что может быть важным для некоторых приложений. Данный тип частотных преобразователей используется на волочильных станках, полиграфическом оборудовании, машинах с требованием повышенной точности для поддержания скорости и крутящего момента. Алгоритм CLVC обеспечивает стабильность поддержания частоты вращения в пределах +/-0,02% заданного значения.

Векторное управление в замкнутом контуре (CLVC) также реализовано в серии SPLC-NZ8400. При использовании данного преобразователя комплектуется дополнительной платой обратной связи и энкодером, которые заказываются отдельно.

Преобразователи прямого управления крутящим моментом (DTC)

Преобразователи с непосредственным управлением крутящим моментом (DTC) являются более совершенным типом преобразователей частоты. Они используют прогнозирующий алгоритм для расчета необходимого напряжения и частоты двигателя на основе желаемого крутящего момента и скорости.

Преобразователи DTC обеспечивают наиболее точное управление скоростью и крутящим моментом двигателя, что делает их хорошо пригодными для приложений, требующих высокоточного управления – например, печатные машины, экструдеры, крановое и текстильное оборудование. Однако они также являются самым сложным и дорогим типом преобразователя.

Алгоритм управления крутящим моментом электродвигателя реализован в серии частотных преобразователей SPLC-NZ8400. Точность поддержания момента составляет ±5%. Высокую точность поддержания и развития момента, особенно на низких частотах, обеспечивает частотный преобразователь для кранов серии SPLC-CV20, который в режиме работы с обратной связью по энкодеру обеспечивает стартовый крутящий момент до 180% и точность поддержания момента ±3%.

На точность работы данной системы больше влияет качество электродвигателя. Если в вашем задании очень важна точная поддержка крутящего момента, то рассмотрите возможность применения сервомотора. Данный тип моторов значительно лучше справится с задачами поддержания заданного крутящего момента.

Что происходит с крутящим моментом асинхронного двигателя при использовании частотного преобразователя?

Крутящий момент является очень важным аспектом работы преобразователя частоты и, к сожалению, часто не учитывается при выборе частотника.

Крутящий момент асинхронного двигателя и частотный скалярный преобразователь

При скалярном преобразовании частоты крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату питающего напряжения и обратно пропорционален частоте. Это означает, что если частота уменьшается, то крутящий момент также уменьшается.

С практической точки зрения это означает, что если скорость двигателя необходимо снизить, необходимо также уменьшить частоту подаваемой на двигатель питания. Однако при понижении частоты крутящий момент двигателя также будет уменьшаться. Это снижение крутящего момента может вызвать такие проблемы, как пониженная регулировка скорости и возможная остановка двигателя при слишком большой нагрузке.

Чтобы компенсировать это снижение крутящего момента скалярный преобразователь частоты часто увеличивает подаваемое на двигатель напряжение по мере снижения частоты. Эта функция называется буст. Она помогает поддерживать доступный крутящий момент и предотвращает остановку двигателя. Однако метод имеет ограничение и может не подходить для применений с высокими требованиями к пусковому крутящему моменту или для случаев, когда нагрузка сильно варьируется. В этих случаях могут оказаться более подходящими векторные частоты преобразователя.

Что происходит с крутящим моментом асинхронного двигателя на низких частотах, если используется векторный частотный преобразователь?

При векторном управлении крутящий момент асинхронного двигателя может поддерживаться на низких частотах без увеличения питающего напряжения, как это происходит в скалярном управлении. Это достигается путём обратной связи с ротором, что позволяет точно определить положение ротора и его скорость.

Таким образом, на низких частотах векторный преобразователь частоты может обеспечивать высокий крутящий момент, позволяющий использовать асинхронные двигатели в приложениях с высокими требованиями к моменту при пуске или работе с высокими нагрузками.

Для этого векторный преобразователь использует два способа управления: управление током и управление напряжением. Управление током позволяет точно контролировать токи статора и ротора, что позволяет точно определять положение ротора и его скорость. Управление напряжением позволяет точно контролировать напряжение на статоре и поддерживать его на требуемом уровне для обеспечения требуемого крутящего момента.

Таким образом, векторный частотный преобразователь позволяет получить высокую точность поддержания заданной скорости и крутящего момента, что делает его эффективным решением для многих приложений.

То есть, если вам нужно существенно снизить скорость вращения асинхронного двигателя, но при этом большое снижение момента не допустимо, вам необходимо выбрать векторный частотный преобразователь.

Как выбрать частотный преобразователь?

В статье "Как выбрать частотный преобразователь?" из серии статей о частотных преобразователях приведен ряд примеров, которые помогут вам осознанней определиться с выбором. Ниже приведены наиболее важные параметры, на которые следует обратить внимание:

1. Мощность: необходимо выбирать преобразователь с достаточной мощностью для работы с выбранным мотором. Здесь следует обратить внимание на условия запуска двигателя. Если пусковой момент очень велик, возможно, придется выбирать частотник большей мощности.
2. Напряжение: преобразователь должен быть совместим с напряжением электропитания в системе. Вы можете выбрать частотник с питанием от 1Ф/220В до 3Ф/380В.
3. Ток: необходимо выбрать преобразователь с током, достаточным для работы с мотором. Информацию о токе двигателя можно взять из его таблички, а допустимый ток частотного преобразователя из его документации.
4. Тип двигателя: необходимо выбрать преобразователь, совместимый с типом двигателя, который будет использоваться в системе. Вы можете использовать частотники для управления однофазными и трехфазными двигателями с питанием 220В и 380В.
5. Контроль: выберите преобразователь, обеспечивающий требуемый уровень контроля частоты вращения, положения и других параметров двигателя в соответствии с требованиями программы. Здесь вы должны решить, в каком диапазоне частот вращения вы будете использовать электродвигатель, какие требования к точности поддержания скорости и крутящего момента вы предъявляете. И согласно этим требованиям решить какой тип частотника вам необходим: скалярный, векторный без датчиков обратной связи или с датчиками обратной связи.
6. Какое дополнительное оборудование для подключения частоты преобразователя необходимо? На этом этапе вам необходимо решить, нужен ли вам входной и выходной дроссель, фильтры EMC, тормозной резистор и дроссель постоянного тока.
7. Коммуникация: если система должна подключаться к другим устройствам, необходимо выбрать преобразователь с соответствующими опциями коммуникации. Вы должны определиться с типами входных и выходных сигналов управления. Это могут быть дискретные и аналоговые входные и выходные сигналы. Также выберите тип коммуникационного протокола. На данный момент наши частотные преобразователи поддерживают следующие протоколы: Modbus (стандартно), Profibus-DP (опция), CANlink (опция), CAN (опция).
8. Установка: выберите преобразователь, который отвечает требованиям места установки и может быть установлен без дополнительной модификации системы. Большинство преобразователей частоты имеют степень защиты IP20, требующую обязательной установки преобразователи частоты в электрошкафу, желательно с принудительной вентиляцией. Но также существуют специализированные частотники со степенью защиты IP65, например серия SPLC-NZS, допускающие открытую установку частотного регулятора от попаданием на него брызг воды.
9. Техническая поддержка: выберите производителя, который может предоставить надлежащую техническую поддержку, консультации и послепродажный сервис.

   Получите техническую поддержку

   Квалифицированные инженеры по автоматизации ЧП "Specialist" предоставят Вам необходимую консультацию по выбору, установке и настройке частотного преобразователя. Мы также поможем подобрать необходимое периферийное оборудование и произвести ремонт вашего преобразователя.

   Звоните бесплатно по Украине

   +38 0800 210 317
10. Цена: выберите преобразователь, который соответствует бюджету проекта, но не жертвуйте качеством и надежностью ради более низкой цены.