Как правильно выбрать преобразователь частоты Invertek Drives
03.02.11
Введение
Предлагаемые Вашему вниманию методические рекомендации по выбору частотных преобразователей Invertek Drives (ЧП) для управления электроприводом не претендуют на абсолютную универсальность и оригинальность.
Мы лишь сделали попытку обобщить имеющийся многолетний практический опыт нашей компании по разработке, проектированию, производству преобразователей, а также адаптации их к конкретным технологическим задачам и разработать примерный типовой подход для выбора преобразователя, ориентированный на Вас – наших настоящих и потенциальных партнеров, коллег и друзей.
Сегодня мы предлагаем Вам несколько серий частотных преобразователей Invertek Drives для управления электроприводом. Наши преобразователи являются универсальными и используются в различных отраслях промышленности. Они позволяют выполнять комплексную автоматизацию различных технологических процессов, успешно решать задачи энергосбережения, увеличивать ресурс оборудования, сокращать затраты на эксплуатацию.
И сегодня все чаще и чаще мы слышим следующие вопросы: Какой тип преобразователя предпочтительнее для решения той или иной задачи? Каким образом согласовать характеристики преобразователя и производственного механизма? Как интегрировать несколько приводов в единый технологический процесс? Каким образом оптимизировать главный критерий выбора – цена/качество? и многие другие.
Если наши рекомендации помогут Вам ответить лишь на часть из этих вопросов, сэкономить время и затраты, то мы будем считать, что достигли поставленной цели.
Естественно, что порядок выбора преобразователя в каждом конкретном случае зависит от уровня квалификации специалиста. Для инженера, который впервые выбирает преобразователь, потребуется больше времени; другому может быть достаточно лишь рассмотреть работу промышленного механизма; а третьему – только взглянуть на щиток электродвигателя. В любом случае основные положения методики, на наш взгляд, могут быть полезны всем.
- Общие рекомендации
Рассмотреть все существующее множество общепромышленных механизмов, применяемых сегодня на фабриках, в заводских цехах, на электростанциях и других предприятиях и написать отдельную методику выбора ЧП для каждого из этого множества в одном методическом пособии невозможно.
Однако многие из этих механизмов имеют аналогичные виды движений рабочих органов, схожие характеры моментов и сил сопротивления, режимы работы и другие характеристики рабочих процессов. Приведем несколько примеров. Для подъемно-транспортных работ во всех отраслях используются краны, тельферы, лебедки, лифты; перекачка жидкостей и газов, вентиляция, снабжение сжатым воздухом производятся с помощью насосов, вентиляторов, компрессоров; конвейеры, транспортеры, эскалаторы, нории – механизмы для транспортировки грузов и продукции…
Можно и далее приводить примеры однотипных механизмов, но вывод от этого не изменится – механизмы в зависимости от места использования будут отличаться лишь мощностью и индивидуальными особенностями технологического процесса.
Поэтому мы рекомендуем выбирать преобразователь для электропривода, относящегося к группе типовых промышленных механизмов. Задача выбора упрощается тем, что каждая выпускаемая серия преобразователей частоты ориентирована на свою основную область применения.
Для управления асинхронными двигателями мы предлагаем следующие типовые серии преобразователей различных мощностей:
• Насосные преобразователи Optidrive VTC. Основная область использования — разнообразные приводы промышленных механизмов с «вентиляторной нагрузкой».
• Преобразователи общепромышленного применения Optidrive Plus. Универсальная серия — широко используется в производственных линиях, технологическом оборудовании, легко адаптируется к разным видам нагрузки.
• Преобразователи векторного типа Optidrive 3GV. Рекомендуются для механизмов с динамично меняющимися характеристиками и тяжелыми условиями пуска.
• Малогабаритные преобразователи Optidrive E2. Недорогая серия, ориентированная для массового применения в диапазоне мощностей привода до 11 кВт.
В самом простом случае мощность и тип преобразователя можно определить, зная параметры приводного электродвигателя. Параметры двигателя для номинального режима указываются на его щитке (шильдике). Для примера на рис.1. изображен шильдик серийного асинхронного двигателя.
Рис. 1.
Основные выходные характеристики преобразователя, как известно, определяют:
– мощность электрического двигателя (в приведенном примере она равна 0,25 кВт),
– потребляемый электрический ток (равен 1,21/0,7 А в зависимости от схемы соединения обмоток статора),
– коэффициент мощности двигателя (cos = 0,79),
– коэффициент полезного действия (к. п. д. = 69%).
На первом шаге при самостоятельном выборе частотного преобразователя независимо от его типа и серии мы рекомендуем поступать следующим образом:
1. Определить номинальный выходной ток преобразователя, который необходимо выбирать равным номинальному току электродвигателя.
2. Определить полную выходную мощность преобразователя, ориентируясь на номинальную мощность электродвигателя.
Внимание!
! В общем случае после первого шага может сложиться ситуация, когда не удается выбрать преобразователь из предлагаемого ряда мощностей, поскольку полученным значениям потребной мощности и выходного тока одновременно не отвечает ни один преобразователь.
! Поэтому мы акцентируем Ваше внимание на том, что главным параметром при выборе преобразователя является потребляемый электрический ток двигателя, поскольку он определяет режим работы выходных силовых транзисторов.
! Полная выходная мощность преобразователя в этом случае должна выбираться больше или равной номинальной мощности электродвигателя.
Данная ситуация не является исключительной, так как в настоящее время в эксплуатации находится огромное количество асинхронных электродвигателей самых различных серий и типоразмеров, многие из которых работают уже не одно десятилетие. Преобразователи же проектируются для общепринятого стандартизированного ряда мощностей.
Следует также отметить, что нередко встречаются случаи, когда щиток на электродвигателе либо оторван, либо некоторые параметры на нем не читаются. Естественно возникают трудности при определении параметров преобразователя для такого двигателя.
В этом случае мы рекомендуем Вам использовать для вычисления неизвестных величин две простые формулы, которые связывают все основные параметры электродвигателя в номинальном режиме:
1. Уравнение номинальной мощности
2. Уравнение номинального момента вращения
Mн = ( 9565 Pн) / nн,
где мощность выражена в кВт, момент вращения в Нм, Uн – линейное напряжение. Таким образом, при простом выборе частотного преобразователя известной Вам серии достаточно определить потребный выходной ток и проверить соответствие мощности выбранного преобразователя мощности электродвигателя.
Индивидуальные особенности ЧП будут зависеть от конкретного промышленного механизма. Порядок выбора серии преобразователя и определение его характеристик для типовых групп механизмов мы рекомендуем далее.
- Насосные преобразователи Optidrive VTC
Специализированная серия преобразователей разработана нами для управления механизмами, предназначенными для транспортировки жидкостей и газов. Эти механизмы подразделяются на три группы:
– насосы;
– вентиляторы;
– компрессоры.
Преобразователи серии Optidrive VTC ориентированы на наиболее распространенную в настоящее время группу насосов, вентиляторов и компрессоров центробежного типа, которые имеют так называемую вентиляторную нагрузку.
Отличительными особенностями преобразователей этой серии, которые обусловлены типом нагрузки, являются:
– скалярное управление с фиксированным соотношением между напряжением питания и частотой питающего напряжения (U/f);
– отсутствие встроенных и дополнительных тормозных устройств;
– пониженная перегрузочная способность по моменту в пределах 15% — 20%.
Некоторое упрощение функций преобразователя позволило снизить стоимость, упростить обслуживание и предложить его для массового внедрения на многих объектах в различных отраслях.
Преобразователи серии Optidrive VTC мы рекомендуем использовать для регулирования подачи и поддержания заданного напора жидкости, давления или разряжения газа, температуры газа и т. п. на нефте- и газоперекачивающих станциях, насосных водопроводных станциях, в котельных, на станциях водоочистки, в центральных тепловых пунктах, в установках главного проветривания шахт и т. п. Применение Optidrive VTC позволит Вам существенно уменьшить потребление электроэнергии и энергоресурсов, продлить срок службы оборудования, упростить техническое обслуживание, снизить число аварийных ситуаций.
При решении перечисленных задач преобразователь может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. В обоих режимах предусмотрено местное или дистанционное управление.
В ручном режиме управление осуществляется оператором с местного или дистанционного пульта без обратной связи. Для удобства пользователя в преобразователе имеется возможность подключения внешнего задающего аналогового устройства – потенциометра. Наблюдение за параметрами рабочего процесса (подача, напор, давление, разряжение …) производится оператором по измерительным приборам. Точность поддержания скорости в ручном режиме составляет ± 2% — 3%. Диапазон управления скоростью равен 1: 20.
Предпочтительнее с точки зрения качества управления параметрами рабочего процесса использовать автоматический режим с обратной связью по регулируемому параметру. Для измерения параметров процесса Вы можете использовать все известные датчики физических величин аналогового типа. Выходной токовый сигнал датчика может быть от 4 мА до 20 мА, сигнал по напряжению — от 0 В до 10 В. При совместной договоренности преобразователи могут поставляться компанией в комплекте с датчиками.
В автоматическом режиме с обратной связью в преобразователе реализуется ПИД-закон регулирования. Для оперативной настройки параметров регулятора под требуемый технологический процесс Вы имеете возможность управлять коэффициентами обратной связи. Использование ПИД–регулятора позволяет поддерживать заданные параметры практически без ошибки.
При выборе ЧП для мощных вентиляторов, дымососов, компрессоров с большими инерционными массами необходимо обратить внимание на возможность ограничения пусковых токов. Ограничение пусковых токов требуется также для исключения гидроударов в трубопроводах.
В рекомендуемом преобразователе для исключения ударных нагрузок на двигатель и механическую часть привода имеется функция плавного пуска. Вы можете выставить время разгона или торможения электродвигателя независимо друг от друга в пределах от 0,1 с до 3600 с.
Немаловажное значение для электропривода в целом имеет тип защиты от аварийных режимов. Преобразователь Optidrive VTC обеспечивает полную защиту электродвигателя.
- Преобразователи общепромышленного применения Optidrive E2
Преобразователи Optidrive E2 рекомендуются для использования в различном технологическом оборудовании, где применяется управляемый электропривод.
Главной отличительной особенностью и несомненным достоинством этой серии преобразователей по отношению к насосным является возможность их настройки на работу практически с любым видом механической нагрузки на валу электрического двигателя.
Настройку на требуемый вид нагрузки Вы можете сделать оперативно путем изменения соотношений напряжения питания к частоте питающего напряжения. В преобразователе реализован алгоритм скалярного управления с числом программируемых соотношений U/f равным пятнадцати.
Многие промышленные механизмы работают в повторно-кратковременных и циклических режимах с высокими скоростями разгона и торможения с изменением направления движения, поэтому требуют эффективного торможения.
Для быстрого торможения приводов таких механизмов преобразователи данной серии обеспечивают создание тормозного крутящего момента до 110% от номинального момента.
Преобразователи обеспечивают повышенную перегрузочную способность по моменту в пределах 50% — 60%.
Остальные характеристики и режимы работы преобразователей Optidrive E2 такие же, как и в преобразователях насосной серии.
Для упрощения задачи выбора преобразователя Optidrive E2 объединим объекты, на которые они могут устанавливаться в несколько групп:
1. Механизмы непрерывного транспорта – конвейеры, транспортеры, эскалаторы и т. п. Для большинства этих механизмов характерны продолжительные режимы работы с постоянной заданной скоростью, плавные пуск и останов. Лишь отдельные типы конвейеров, такие как рольганги прокатного производства, требуют высокие скорости разгона и торможения, реверсирование.
2. Насосы и компрессоры поршневого типа, осевые вентиляторы и компрессоры, нагрузка которых отлична от вентиляторной. Механизмы отличают тяжелые пусковые режимы, сильно изменяющаяся нагрузка на валу, необходимость поддержания заданной скорости вращения.
3. Центрифуги, мельницы, дробилки, диссольверы, мешалки, сепараторы и т. п. Устройства этой группы обладают большими инерционными массами, повышенными пусковыми моментами, требуют управления скоростью вращения.
4. Фасовочно-упаковочное оборудование – упаковочные машины, мешконаполнители, штаблеры, маркировщики. Непрерывный режим работы, управление скоростью и поддержание заданной скорости в зависимости от технологического процесса.
- Преобразователи векторного типа Optidrive Plus 3GV
Предложенные Вашему вниманию в пунктах 2 и 3 частотные преобразователи с векторным управлением достаточны для большинства практических применений. Однако для отдельной группы механизмов они не обеспечивают потребных динамических характеристик и точности поддержания скорости вращения. Кроме того, для некоторых механизмов требуется непосредственное управление моментом двигателя и поддержание его на заданном уровне, особенно при скорости, близкой к нулевой.
К этой группе механизмов относятся:
1. Подъемно-транспортное оборудование – лифты, краны, лебедки, подъемники… Механизмы характеризуются полным моментом при пуске и малых скоростях, требуют подъема и опускания груза без рывков, точного поддержание заданной скорости движения на установившихся режимах, мягкого останова.
2. Прокатные и полосовые станы, волочильные станки, устройства намотки/размотки… Механизмы отличаются значительным моментом нагрузки, динамичным и контролируемым изменением скорости при ускорении и замедлении, требуют точного управления натяжением рабочего материала.
3. Металлообрабатывающие станки. В процессе работы требуются большие моменты при ускорении и замедлении, точное позиционирование, высокие динамические характеристики.
4. Экструдеры, дозаторы, шнековые механизмы… Устройства отличают большие пусковые моменты, постоянная мощность на определенных скоростях, необходимость управления моментом при изменении скорости.
Для эффективного и точного управления механизмами этой группы мы рекомендуем Вам использовать частотные преобразователи векторного типа Optidrive Plus3GV.
Они обеспечивают высокие динамические и статические характеристики привода на переходных и установившихся режимах при использовании импульсного датчика скорости вращения и без него.
При использовании импульсного датчика скорости вращения:
– точность регулирования скорости равна ± 0,02%;
– диапазон управления скоростью вращения составляет 1: 1000;
– точность поддержания момента — ± 5%;
– крутящий момент при нулевой скорости вращения равен 200% от номинального момента…
Без импульсного датчика скорости вращения диапазон управления скоростью вращения составляет 1: 100, точность регулирования скорости равна ± 0,2%.
Преобразователи Optidrive Plus 3GV имеют максимум функциональных и сервисных возможностей из всех рассмотренных до этого серий преобразователей.
Но независимо от производственного механизма и от решаемой задачи, независимо от конкретного типа выбираемого преобразователя, на наш взгляд, Заказчика, то есть Вас чаще всего волнует главный вопрос:
«Каким образом решить стоящую технологическую задачу с минимальными затратами? «
В преобразователе реализовано разомкнутое векторное управление с возможностью настройки на следующие виды нагрузки:
– на повышенный постоянный крутящий момент для электродвигателей специального типа;
– на механизмы с постоянным крутящим моментом;
– на механизмы с изменяемым крутящим моментом,
– на режим энергосбережения.
Встроенный ПИД-регулятор обеспечивает включение преобразователя в режим работы с обратной связью по технологическому параметру.
Для измерения параметров могут использоваться датчики с потенциальным (0…+10В) или токовым (0…10 мА, 4…20 мА) выходом. Предусмотрены настройки пропорциональной и интегральной составляющих регулятора на конкретный процесс.
Имеется режим местного и дистанционного управления. В местном режиме работы возможно упрощенное управление с помощью кнопок «Пуск», «Стоп» и встроенного потенциометра для установки скорости вращения.
Рекомендуются для механизмов с постоянным моментом сопротивления или с вентиляторной нагрузкой и могут использоваться:
– в приводах швейных машин;
– на конвейерах малой производительности;
– для привода маломощных насосов и компрессоров в системах индивидуального водо –, теплоснабжения и кондиционирования;
– в лентопротяжных машинах;
– в приводах фасовочных и упаковочных аппаратов.
Преобразователи имеют следующие функциональные возможности:
– плавный пуск и торможение;
– независимая настройка на вид нагрузки исполнительного механизма;
– защита электрического двигателя от перегрузки;
– работа с повышенным вращающим моментом.
Области использования данных частотных преобразователей обусловлены специфическими особенностями синхронных двигателей. Основными объектами для установки преобразователей являются:
– погружные насосы в нефтедобыче;
– высокопроизводительные производственные станки;
– нетрадиционные безредукторные приводы лифтов с лебедками;
– воздуходувки, нагнетатели, дымососы в металлургии;
– и т. п.
Диапазон мощностей преобразователей составляет 0.37 кВт – 160 кВт.
В преобразователях реализовано векторное управление, предусматривающее использование датчика положения ротора или работу без датчика.
Встроенный ПИД-регулятор обеспечивает поддержание технологического параметра практически без погрешности. Коэффициенты регулятора могут перенастраиваться в процессе эксплуатации под конкретную технологическую задачу.
Для измерения регулируемых параметров рекомендуется использовать датчики с токовым (0…10 мА) или потенциальным (0…10 В) выходом. При совместной договоренности с заказчиком датчики могут поставляться в комплекте с преобразователем.
Преобразователь имеет следующие функциональные возможности при управлении двигателем:
– пуск и торможение синхронного двигателя по заданным законам, время пуска и торможения настраивается независимо;
– длительная работа на установившемся режиме с заданной скоростью вращения;
– реверс электрического двигателя;
– полная защита двигателя от аварийных режимов.
Предусмотрены режимы местного и дистанционного управления.
Частотные преобразователи выпускаются в низковольтном исполнении на стандартный ряд напряжений питания.
Заключение
При выборе частотного преобразователя Invertek Drives даже для известного типового механизма и конструкции электрического двигателя на практике возникает много дополнительных, индивидуальных вопросов. В этих случаях специалисты компании Инвертек Драйвз готовы оказать квалифицированную консультацию по любой проблеме.
При заказе нестандартного оборудования, если это необходимо, возможно внесение изменений в серийные модели под конкретные технические задания заказчиков. При этом возможны расширение стандартного набора функций, изменения в математических моделях управления и различные типы исполнения.
