Самый компактный на рынке: преобразователь частоты Vacon 10 Machinery

Александр Шрага (КОМПЭЛ)

Vacon 10 Machinery – самые компактные на рынке преобразователи частоты в диапазоне мощностей 0,25...5,5 кВт. Они отличаются простотой инсталляции, интеллектуальным навигационным меню, возможностью монтажа на DIN-рейку или креплением винтами и находят широкое применение в промышленности даже в жестких условиях окружающей среды.

Основанная в 1993 году международная компания Vacon Group специализируется на разработке, производстве и внедрении преобразователей частоты (ПЧ) для управления асинхронными двигателями и является одним из мировых лидеров на рынке преобразовательной техники. Вся продукция компании сертифицирована Госстандартом России.

В пилотном номере специального приложения к журналу «Новости электроники», посвященного промышленной автоматизации был проведен краткий обзор продукции компании VACON http://www.compel-promavtomatika.ru/development/articles/2900/. Данная статья полностью посвящена серии компактных преобразователей частоты Vacon 10 Machinery (ПЧ).

На сегодняшний день Vacon 10 Machinery - самый компактный на рынке преобразователь частоты в диапазоне мощностей 0,25...5,5 кВт. Тем не менее, его технические характеристики, архитектура и конструкция соответствуют самым актуальным требованиям и позволяют решать широкий спектр задач в различных промышленных приложениях. На рисунке 1 показаны преобразователи трех различных типоразмеров.

Рис. 1. Внешний вид преобразователей Vacon 10 Machinery различных типоразмеров

Габариты преобразователей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Типоразмеры преобразователей частоты Vacon 10 machinery Типоразмер Ширина Высота Глубина Наименование мм дюймы мм дюймы мм дюймы MI1 66 2,6 157 6,2 98 3,9 MI2 90 3,5 195 9,9 102 4 MI3 100 3,9 262 10,3 109 4,3

Несмотря на компактность, которая позволяет значительно сэкономить рабочее пространство, указанные преобразователи укомплектованы фильтром ЭМС, а для адаптации под конкретные задачи Vacon 10 выпускают с различными модификациями плат управления, которые называются API - Application Interface (пользовательский интерфейс). Кроме того, существует возможность изготовления ПЧ со специальной платой управления с оригинальным интерфейсом, полностью отвечающим условиям задачи. В качестве стандартного коммуникационного протокола используется Modbus (опционально - Fieldbus). Преобразователи данной серии отличаются простотой инсталляции, интеллектуальным навигационным меню, возможностью монтажа на DIN-рейку или креплением винтами, а также установкой преобразователей в ряд. Vacon 10 стандартно поставляется в корпусах со степенью защиты IP20 (опционально - IP21 и NEMA1). Из особенностей также можно отметить наличие встроенного тормозного прерывателя (для преобразователей с трехфазным питанием 400 В при мощности от 1,5 кВт и выше).

Во всех приводах Vacon 10 используется принудительное воздушное охлаждение - вентилятор с датчиком температуры. Для того, чтобы обеспечить приемлемые циркуляцию воздуха и охлаждение, необходимо оставить свободное место под преобразователем (не менее 50 мм) и над ним (не менее 100 мм).

Платы преобразователя покрыты лаком, что позволяет использовать это изделие в относительно жестких условиях окружающей среды. Наличие пакета для разработки прикладных программ по индивидуальным требованиям пользователя Vacon NC61131-3 Engineering позволяет осуществить пуск и настройку системы в короткие сроки. В структуре преобразователя предусмотрена функция ПИ-регулятора.

Выбор оборудования

Из чего следует исходить при выборе преобразователя частоты? Пожалуй, принципы здесь общие не только для рассматриваемой серии, но и для любых преобразователей.

1. Прежде всего, следует обратить внимание на характеристики нагрузки и параметры окружающей среды, а именно - на:

• Пусковой, стационарный и динамический моменты;
• Величину перегрузочной способности;
• Температуру окружающей среды;
• Воздушное или жидкостное охлаждение;
• Габариты.

2. Требуемые точности поддержания скорости и момента, скорость реакции системы на изменение регулируемого параметра позволяют определить тип управления:

• Скалярный;
• Векторный без обратной связи;
• Векторный с обратной связью.

3. Функциональные возможности:

• Возможность системной интеграции;
• Расширяемость ввода/вывода;
• Типы полевых шин;
• Наличие ПИД-регулятора;
• Возможности параметрирования;
• Логика управления и мониторинг.

4. Соответствие международным стандартам:

• Необходимость выбора в соответствии с условиями эксплуатации класса защиты оборудования (IP);
• Соответствие нормам электромагнитной совместимости (ЭМС);
• Гармонический состав тока и напряжения.

В таблицах 2 и 3 приведена номенклатура преобразователей частоты Vacon 10 Machinery.

Таблица 2. Номенклатура преобразователей Vacon 10 Machinery для двигателей с напряжением питания 208...240 В, одна фаза Тип преобразователя Номинальные ток и мощность на валу двигателя (230 В) Типоразмер P, кВт I ном, А 1,5 х Iном, А Vacon 0010-1L-0001-2 0,25 1,7 2,6 М11 Vacon 0010-1L-0002-2 0,37 2,4 3,6 Vacon 0010-1L-0003-2 0,55 2,8 4,2 Vacon 0010-1L-0004-2 0,75 3,7 5,6 Vacon 0010-1L-0005-2 1,1 4,8 7,2 MI2 Vacon 0010-1L-0007-2 1,5 7 10,5 Vacon 0010-1L-00011-2 2,2 11 16,5 MI3 Таблица 3. Номенклатура преобразователей Vacon 10 Machinery для двигателей с напряжением питания 380...480 В, три фазы Тип преобразователя Номинальные ток и мощность на валу двигателя (230В) Типоразмер P, кВт I ном, А 1,5 х Iном, А Vacon 0010-3L-0001-4 0,37 1,3 2 MI1 Vacon 0010-3L-0002-4 0,55 1,9 2,9 Vacon 0010-3L-0003-4 0,75 2,4 3,6 Vacon 0010-3L-0004-4 1,1 3,3 5 Vacon 0010-3L-0005-4 1,5 4,3 6,5 MI2 Vacon 0010-3L-0006-4 2,2 5,6 8,4 Vacon 0010-3L-0008-4 3 7,6 11,4 MI3 Vacon 0010-3L-0009-4 4 9 13,5 Vacon 0010-3L-00012-4 5,5 12 18

На рисунке 2 показан принцип формирования номера для заказа.

Рис. 2. Обозначение типа ПЧ Vacon 10 Machinery

Интерфейс пользователя

Производитель предоставляет на выбор одну из трех конфигураций интерфейсных плат: API Full (полный интерфейс), API Limited (ограниченный интерфейс), интерфейс API RS-485 (Modbus RTU). Хочу сразу заметить, что пользователю необходимо окончательно определиться с выбором API до приобретения ПЧ, т.к. последующее изменение конфигурации (замена одного варианта API на другой) в процессе эксплуатации практически невозможно.

Таблица 4. Варианты пользовательского интерфейса API Full (полный интерфейс) API Limited (ограниченный интерфейс) API RS-485 (Modbus RTU) 6 дискретных входов 3 дискретных входа 1 дискретный вход 2 аналоговых входа 1 аналоговый вход 1 релейный выход 1 аналоговый выход 1 релейный выход Интерфейс RS-485 1 дискретный выход Интерфейс RS-485 – Два релейных выхода – – Интерфейс RS-485 – –

Специальные функции во всех вариантах интерфейса:

• Программируемая логика пуска/останова и сигнала реверса;
• Масштабирование задания;
• Торможение постоянным током при пуске и останове;
• Программируемая зависимость U/f;
• Регулируемая частота коммутации;
• Функция автоматического перезапуска после неисправности;
• Защита и контроль (все полностью программируемые: выключение, предупреждение, отказ);
• Отказ входа с токовым сигналом;
• Внешняя неисправность;
• Неисправность, связанная с пониженным напряжением;
• Утечка на землю;
• Защита от перегрева, заклинивания ротора и недогрузка двигателя;
• Связь по полевой шине.

Специальные функции полного и ограниченного интерфейсов:

• Восемь значений предварительно установленных скоростей;
• Выбор диапазона аналогового входа, масштабирование и фильтрация сигналов;
• ПИ-регулятор.

Преобразователи Vacon 10 версий API Full (полный интерфейс) и API Limited (ограниченный интерфейс) имеют одинаковые панели управления, которые встроены в привод, оснащенный соответствующей платой интерфейса пользователя, и имеют пленочное покрытие, на котором нанесены надписи, соответствующие символам-указателям на дисплее. Панель управления включает в себя жидкокристаллический дисплей с подсветкой и клавиатуру, снабженную навигационным колесиком, зеленой кнопкой START (ПУСК) и красной кнопкой STOP (ОСТАНОВ).

Задание частоты может выбираться с аналоговых входов, с полевой шины, по предварительно остановленным значениям скорости или с клавиатуры.

Таблица 5. Описание разъемов пользовательских интерфейсов Номер контакта и обозначение Описание RS485 API Limited API Full API 1 10 В ref Макс. ток нагрузки 10 мА – ґ ґ 2 AI1 0...10 В, Ri = 200 кОм – ґ* ґ 3 GND земля ґ ґ ґ 6 24 В out ±20%, макс. ток нагрузки 50 мА ґ ґ ґ 7 GND земля ґ ґ ґ 8 DI1 0...30 В, Ri = 12 кОм ґ ґ ґ 9 DI2 – ґ ґ 10 DI3 – ґ ґ A A-RS-485 + ґ ґ ґ B B-RS-485 – ґ ґ ґ 4 AI2 0 (4...20 мА, Ri = 200 Ом – – ґ 5 GND земля – – ґ 13 GND земля – – ґ 14 D14 0...30 В, Ri = 12 кОм – – ґ 15 D15 – – ґ 16 D16 – – ґ 18 A0 0 (4...20 мА, Ri < 500 Ом – – ґ 20 D0 Открытый коллектор, макс. нагрузка 48 В, 50 мА – – ґ 22 R013-CM Макс. переключаемая.
Нагрузка 250 ВAC/2 A или 250 ВDC/0,4 А – – ґ 23 R014-NO – – ґ 24 R022-NC Макс. переключаемая нагрузка 250 ВAC/2 A или 250 ВDC/0,4 A ґ ґ ґ 25 R021-CM ґ ґ ґ 26 R024-NO – – ґ Примечание: * – выбор В/мА с помощью DIP-переключателя.

Основные характеристики интерфейсов:

• Дискретные входы DI1...DI6 являются свободно программируемыми. Пользователь может назначить для одного входа много функций.
• Дискретные, релейные и аналоговые выходы свободно программируются.
• В варианте ограниченного интерфейса аналоговый вход 1 может программироваться как токовый вход или как вход напряжения.

На рисунках 3, 4 и 5 приводится более подробное описание контактов пользовательских интерфейсов API FULL, API LIMITED и API RS-485, соответственно.

Рис. 3. Пользовательский интерфейс API FULL

Рис. 4. Пользовательский интерфейс API LIMITED

Рис. 5. Пользовательский интерфейс API RS-485

Вид Vacon 10 со стороны пользовательского разъема показан на рис. 6.

Рис. 6. Vacon 10 - вид со стороны разъемов пользовательского интерфейса

Технические характеристики преобразователя Vacon 10 представлены в таблице 6.

Таблица 6. Технические характеристики преобразователя Vacon 10 Характеристика Описание Напряжение питания, Uвх 208...240 В, -15...10%, одна фаза; 380...480 В, -15...10%, три фазы Частота питающего напряжения 45...66 Гц Подключение к сети Не более одного раза в минуту (в нормальном режиме) Выходное напряжение 0...Uвх Выходной ток Продолжительный номинальный ток Iном при номинальной температуре окружающей среды и перегрузке 1,5xIном макс. 1мин/10 мин Пусковой ток Ток 2xIном в течение 2 секунд с периодом 20 секунд Момент Момент зависит от двигателя Выходная частота 0...320 Гц Разрешение по частоте 0,01 Гц Метод управления Скалярное управление U/f; векторное управление в разомкнутом контуре Частота коммутации 1...16 кГц Время разгона 0,1...3000 с Время замедления 0,1...3000 с Тормозной момент 100%*TN при наличии тормозного резистора (только для 400 В > 1,5 кВт) и 30%*TN без тормозного резистора Рабочая температура -10...50°C (без инея) при номинальной нагрузочной способности Iном Температура хранения -40...70°C Относительная влажность 0...95%, без конденсации влаги, без коррозионного воздействия, без капель воды Качество воздуха - Химически агрессивные пары – IEC 721-3-3, блок в работе, класс 3C2; - Механические частицы – IEC 721-3-3, блок в работе, класс 3S2. Высота над уровнем моря 100% нагрузочная способность (без снижения номинальных параметров) до 1000 м; снижение номинальных параметров на 1% на каждые 100 м при высоте над уровнем моря более 1000 м; макс. высота 2000 м Вибрации EN60068-2-6 3...150 Гц; амплитуда смещения 1 мм (пиковое значение) при 3...15,8 Гц; максимальная амплитуда ускорения 1 g при 15,8...150 Гц Удар IEC 68-2-27 Испытание на удар (для соответствующих значений массы груза) Хранение и транспортировка: макс. 15 g, 11 мс (в упаковке) Степень защиты корпуса IP20 Помехоустойчивость Соответствует стандартам EN50082-1, -2, EN61800-3 Излучение помех 230 В: соответствует ЭМС для категории 2 (уровень Н для Vacon) с внутренним фильтром радиопомех 400В: соответствует ЭМС для категории 2 (уровень Н для Vacon) с внутренним фильтром Оба: не имеют защиты от излучения для обеспечения ЭМС (уровень N для Vacon) без фильтра радиопомех Стандарты ЭМС: EN61800-3 Сертификаты и декларации Безопасность: UL508C, EN61800-5 Безопасность: CB, CE, UL, cUL, ЭМС: CE, CB, c-tick (более подробные сведения об аттестации приведены на шильдике преобразователя)

Вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС)

Преобразователи частоты Vacon 10 разделены на пять классов в соответствии с уровнем излучаемых электромагнитных помех, требованиями к питающей сети и условиями эксплуатации.

Класс ЭМС каждого изделия определяется кодом обозначения типа.

Ниже рассмотрены требования различных категорий по электромагнитной совместимости.

Категория C1 (ЭМС преобразователей Vacon класса C). Преобразователи частоты этого класса соответствуют требованиям категории C1 стандарта на изделия EN 61800-3 (2004). Категория С1 обеспечивает наилучшие характеристики электромагнитной совместимости, и к ней относятся ПЧ, номинальное напряжение которых менее 1000 В и которые предназначены для работы в первых условиях эксплуатации. Требования класса С выполняются только применительно к кондуктивному излучению.

Категория C2 (ЭМС преобразователей Vacon класса Н). Преобразователи частоты этого класса соответствуют требованиям категории C2 стандарта на изделия EN 61800-3 (2004). К категории С2 относятся преобразователи в стационарных установках, номинальное напряжение которых менее 1000 В. ПЧ класса Н могут использоваться как в первых, так и во вторых условиях эксплуатации.

Категория C3 (ЭМС преобразователей Vacon класса L). Преобразователи частоты этого класса соответствуют требованиям категории C3 стандарта на изделия EN 61800-3 (2004). К категории С3 относятся ПЧ, номинальное напряжение которых менее 1000 В и которые предназначены для использования только во вторых условиях эксплуатации.

Категория C4 (ЭМС преобразователей Vacon класса N). Приводы этого класса не обеспечивают защиту от излучения для ЭМС. Приводы такого рода устанавливаются в корпусах. Для выполнения требований ЭМС в отношении излучения обычно используется внешний фильтр ЭМС.

Категория С4 для сетей IT (ЭМС преобразователей Vacon класса Т). Преобразователи этого класса отвечают стандарту EN 61800-3 (2004), если предназначаются для применения в системах IT, где для получения малого тока утечки сети изолированы от земли или соединены с землей через большое сопротивление. Если преобразователи используются с другими источниками питания, требования ЭМС не выполняются.

Первые условия эксплуатации распространяются на жилые дома, а также на предприятия, непосредственно связанные с низковольтной питающей сетью (без промежуточных трансформаторов), которая обслуживает здания коммунального назначения. Дома, квартиры, торговые помещения или офисы в жилом здании - примеры объектов первых условий эксплуатации.

Вторые условия эксплуатации включают все предприятия, отличающиеся от тех, которые непосредственно подключены к низковольтной питающей сети, обслуживающей здания коммунального назначения. Например, промышленные зоны, технические участки любых зданий, получающие питание от специально предназначенных трансформаторов.

Инструментарий для VACON 10 Machinery

Компания Vacon предлагает широкий выбор инструментария для работы с микроприводами. Функциональные возможности такого инструментария позволяют пользователю осуществлять программирование, эксплуатацию и контроль Vacon 10 на уровне, который предусмотрен для полноразмерных приводов.

Vacon 10 поддерживается сервисным программным обеспечением Vacon PC tools, которое позволяет решать задачи эксплуатации, мониторинга, контроля, загрузки различных приложений и прикладного программирования. Программное обеспечение доступно на сайте http://www.vacon.com/.

Применяя мастер запуска, пользователь может настроить Vacon 10 на одну из четырех прикладных программ:

• Базовая- программа общего назначения;
• Привод конвейера;
• Привод насоса;
• Привод вентилятора.

Каждая из программ учитывает специфику применения соответствующей нагрузки.

Дополнительно, с помощью простых и доступных средств программирования Vacon NCDrive, Vacon NCLoad и Vacon NC61131-3 Engineering Tool вы можете разработать и загрузить свое пользовательское приложение для всей линейки преобразователей частоты Vacon 10:

• NCLoad- программный инструмент для загрузки приложений, системного программного обеспечения (ПО) и ПО опциональных карт.
• NCDrive- пакет для ввода в эксплуатацию и мониторинга параметров. Он позволяет изменять их и сохранять в файл либо вводить обратно в привод, выводить на печать или в файл, задавать значения параметров, запускать и останавливать электродвигатель, отслеживать сигналы в графической форме (на странице графиков), а также контролировать фактические значения переменных. Помимо этого, можно сравнивать наборы параметров привода для выявления измененных значений, работать со встроенным регистратором данных.
• NC61131-3 Engineering Tool- программный пакет для разработки эффективных профессиональных приложений для преобразователей.

Компьютер подключается к приводу с помощью специального микрокоммуникационного адаптера MCA (опция) или кабеля. Для подключения может использоваться либо стандартный USB-кабель (опция), либо специальный кабель Vacon RS-485 (опция).

Микрокоммуникационный адаптер

С помощью MCA пользователь может загружать и копировать параметры без включения питания преобразователя частоты, т.е. настраивать преобразователь до его первого подключения к сети.

Рис. 7. Микрокоммуникационный адаптер MCA

Кроме сказанного выше, хочется отметить, что вся линейка преобразователей VACON предлагается по очень доступным ценам, а департамент Промышленной автоматики компании КОМПЭЛ совместно с российским представительством Vacon осуществляют техническую поддержку и сопровождение продукции. Дополнительную информацию можно получить на сайтах http://www.vacon.com/, http://www.compel.ru/, http://www.compel-promavtomatika.ru/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: automation.vesti@compel.ru