Как частотник CHINT помогает оптимизировать работу оборудования

Преобразователь частоты CHINT — электронное устройство для регулирования скорости электродвигателя посредством изменения частоты и напряжения питания. В промышленности такое оборудование применяется в насосных установках, вентиляционных системах, конвейерах и производственных машинах. Оно обеспечивает управляемый разгон, изменение производительности механизма и согласование работы двигателя с технологической нагрузкой.

Задачи частотного привода

Преобразователь управляет электродвигателем в соответствии с требованиями механизма. При прямом подключении к сети скорость асинхронного двигателя определяется частотой питания, числом полюсов и нагрузкой. Частотный привод позволяет изменять скорость без переключения механических передач. Основные задачи преобразователя включают:

• регулирование частоты вращения двигателя в пределах, допустимых для его конструкции и охлаждения;
• плавное увеличение и уменьшение скорости с установленным временем разгона и торможения;
• изменение направления вращения при допустимости реверса для механизма;
• поддержание технологического параметра по сигналу обратной связи;
• ограничение электрических перегрузок и контроль аварийных состояний;
• передачу команд и рабочих данных между электроприводом и системой автоматизации.

Практический результат зависит от характера нагрузки. Для конвейера важны устойчивость движения и достаточный момент при пуске. Для насоса — поддержание давления и согласование подачи с потреблением. Для вентилятора — изменение расхода воздуха без постоянного дросселирования потока.

Основные технические характеристики

Параметры преобразователя определяют совместимость с сетью, двигателем и производственным механизмом. Для рассматриваемого исполнения NVF5 предусмотрены следующие характеристики:

• однофазное питание отдельных моделей — 230 В с допуском ±15 %;
• трёхфазное питание соответствующих моделей — 380–440 В с установленными для этого диапазона отклонениями от −15 до +15 %;
• частота питающей сети — 47–63 Гц;
• выходное напряжение — от нуля до номинального входного напряжения;
• диапазон выходной частоты — 0–400 Гц;
• перегрузочная способность универсального исполнения — 150 % номинального тока в течение 60 с и 180 % в течение 2 с;
• способы управления — скалярное V/F и бессенсорное векторное SVC;
• пусковой момент в режиме SVC — до 150 % номинального при частоте 0,5 Гц;
• частота коммутации силовых ключей — 1–15 кГц;
• разрешение цифрового задания частоты — 0,01 Гц;
• стандартная степень защиты оболочки — IP20.

Максимальная выходная частота преобразователя не означает, что любой подключённый двигатель допускает работу на такой частоте. Предельная скорость ограничивается прочностью ротора, характеристиками подшипников, балансировкой и возможностями приводимого механизма. Перегрузочная способность характеризует кратковременный режим. Она не позволяет постоянно эксплуатировать преобразователь с током выше номинального. При выборе устройства учитывают ток двигателя, продолжительность разгона, повторяемость пусков и сопротивление механизма движению. Совпадения мощностей в киловаттах для этого недостаточно.

Конструкция и функции основных узлов

Частотный преобразователь построен как система последовательного преобразования электрической энергии. Силовая часть формирует питание двигателя, а управляющая часть рассчитывает необходимые воздействия и контролирует состояние оборудования. В состав устройства входят:

• входной выпрямитель, преобразующий переменное напряжение сети в постоянное;
• звено постоянного тока с конденсаторами, сглаживающее пульсации и обеспечивающее питание выходного каскада;
• инверторный мост на силовых полупроводниковых ключах, формирующий трёхфазное выходное напряжение;
• микропроцессорная плата, выполняющая алгоритмы управления и обработки сигналов;
• измерительные цепи, контролирующие электрические и температурные параметры;
• панель управления, предназначенная для настройки и отображения рабочих величин;
• силовые и сигнальные клеммы, обеспечивающие подключение двигателя и внешних устройств;
• радиатор и элементы охлаждения, отводящие теплоту от силовых компонентов.

Конденсаторы звена постоянного тока сохраняют заряд после отключения питания. Поэтому отсутствие напряжения на вводе ещё не означает безопасного состояния внутренних цепей. Степень защиты IP20 предполагает установку в подходящей среде или внутри электротехнического шкафа. Такая оболочка не обеспечивает защиту от воды и не предназначена для непосредственного воздействия технологических загрязнений.

Скалярное и векторное управление

Выбор алгоритма управления зависит от требований к пуску, устойчивости скорости и реакции на изменение нагрузки. Универсального режима, одинаково подходящего для всех механизмов, не существует. При скалярном управлении V/F преобразователь поддерживает заданную зависимость между напряжением и частотой. Этот способ подходит для приводов с относительно плавным изменением нагрузки, включая многие насосы и вентиляторы. Его настройка обычно проще, однако возможности поддержания момента на малой скорости ограничены. Бессенсорное векторное управление SVC использует математическую модель двигателя и результаты электрических измерений. Алгоритм оценивает состояние двигателя без отдельного датчика скорости и раздельно управляет составляющими тока, связанными с магнитным потоком и моментом. Для корректной работы модели задаются паспортные сведения двигателя:

• номинальная мощность;
• номинальное напряжение;
• номинальный ток;
• номинальная частота;
• номинальная скорость вращения.

Ошибки в этих данных ухудшают качество регулирования и работу расчётной защиты. Если предусмотрена процедура определения параметров двигателя, её выполняют с учётом допустимости вращения подключённого механизма.

Промышленное применение и эффективность

В насосных системах частотный привод позволяет изменять подачу по потребности. Снижение скорости вместо ограничения потока арматурой может уменьшать потребление энергии, но результат зависит от характеристики трубопровода и доли статического напора. Для центробежного насоса при приближённом соблюдении законов подобия расход пропорционален скорости, напор — её квадрату, а мощность — кубу. Поэтому уменьшение скорости до 80 % соответствует расчётной мощности около 51 % исходной. Это оценка для сопоставимых условий, а не гарантированный показатель экономии любой установки.

В вентиляционных системах регулирование частоты обеспечивает изменение воздухообмена в соответствии с технологическим режимом. На конвейерах оно позволяет согласовывать скорость перемещения изделий с работой соседних участков. В смесительных установках изменение оборотов помогает выдерживать режим обработки продукта. Преимущество частотного привода заключается в управляемости механизма. Плавный разгон уменьшает резкие механические воздействия, а регулирование скорости позволяет согласовать производительность оборудования с текущей задачей. При этом эффект достигается только при соответствии двигателя, преобразователя и нагрузки.

Таким образом, преобразователи частоты CHINT предназначены для регулируемого электропривода промышленного оборудования. На примере NVF5 рассматриваемого исполнения прослеживается сочетание скалярного и бессенсорного векторного управления, программируемого разгона, технологического регулирования и взаимодействия с автоматикой. Компания «Олниса» осуществляет поставки промышленного оборудования на территории России и стран СНГ. Поставки электротехнической продукции и компонентов автоматизации предназначены для оснащения производственных предприятий и обновления действующего оборудования.