Подключение вентиляторов через частотный преобразователь

Особенности реализации вентиляционных систем с применением частотных преобразователей

Для регулирования скорости большинства современных вентиляторов и дымососов используются частотные преобразователи. Они позволяют плавно менять производительность вентиляторных установок в широких пределах, обеспечивают плавный пуск и останов электродвигателя, а также позволяют экономить электроэнергию.

При этом количество управляющих сигналов, приходящих из внешней системы автоматизации, минимально и чаще всего ограничивается аналоговым заданием по скорости и дискретным сигналом разрешения работы.

В то же время, несмотря на кажущуюся простоту, электромеханическая система вентилятора является достаточно сложной системой, имеющей свои особенности эксплуатации. Одной из особенностей работы вентилятора, которая не учитывается большинством инженеров по автоматизации систем вентиляции, является влияние электромеханической составляющей, обусловленной большим моментом инерции крыльчатки. Из-за него во вращающихся массах вентилятора запасается большое количество кинетической энергии, которая негативно влияет на динамические характеристики вентилятора при регулировании скорости, пуске и останове. При неправильной настройке системы управления выброс этой энергии может даже приводить к отказу электроники преобразователя частоты, в частности на этапах останова, замедления и принудительного раскручивания вентилятора за счет внешней тяги без подачи питающего напряжения на электродвигатель.

Поэтому выясним, почему же при эксплуатации преобразователя частоты возникают ошибки, приводящие к останову системы вентиляции и даже отказу элементов системы.

Чаще всего, при аварийном останове ПЧ на дисплее отображается ошибка «OU» — перенапряжение по шине постоянного тока. Электрик, обслуживающий установку, приходит на место работы ПЧ, проверяет напряжение на входных клеммах преобразователя L1, L2, L3 и делает вывод, что имело место кратковременное превышение напряжения в питающей сети. В худшем случае он просто сбрасывает ошибку, путем перезапуска преобразователя, в лучшем случае устанавливает по входу реле контроля напряжения. Однако, через некоторое время эксплуатации ошибка появляется вновь, и ситуация повторяется до отказа преобразователя.

На самом деле перенапряжение на шине постоянного тока преобразователя может появляться в двух случаях:

  • перенапряжение в питающей сети;
  • генераторный режим электродвигателя (режим рекуперации).

С помощью измерителя напряжения чаще всего контролируется входное напряжение и при обнаружении «всплесков» напряжения самой простой защитой является установка сетевого дросселя перед ПЧ. В то же время выброс энергии при генераторном режиме вентилятора является кратковременным, фиксируется лишь самим ПЧ на внутренней шине постоянного тока (отображение ошибки «OU») и не может быть зафиксирован измерительными приборами обслуживающего персонала.

Чем же обусловлен генераторный режим электродвигателя вентилятора? Ведь для этого вентилятор должен раскручиваться до скорости, выше скорости идеального холостого хода двигателя.

С помощью рис.1 рассмотрим причину возникновения этого явления. Пусть мы работаем в рабочей точке №1, при этом из звена постоянного тока преобразователя потребляется мощность Рн. Далее внешней системой автоматики подается команда на снижение скорости и переходе в рабочую точку №2. Если величина допустимого ускорения/замедления привода не будет ограничиваться, то кинетическая энергия, запасенная в механизме вентилятора будет раскручивать вал электродвигателя выше синхронной скорости, задаваемой преобразователем. При этом скорость будет оставаться положительной, а вот момент, создаваемый двигателем, станет отрицательным и электропривод перейдет в генераторный режим. В этом случае энергия рекуперации Ррекуп будет передаваться от двигателя к преобразователю частоты.

Механические характеристики асинхронного электродвигателя

Рисунок 1. Механические характеристики асинхронного электродвигателя при управлении
от преобразователя частоты в режиме торможения

Электрические схемы силовой части большинства современных преобразователей частоты похожи. Упрощенная схема, представленная на рис.2, содержит неуправляемый выпрямитель, фильтр звена постоянного тока и инвертор на IGBT-транзисторах с обратными защитными диодами.

Упрощенная электрическая схема силовой части преобразователя частоты

Рисунок 2. Упрощенная электрическая схема силовой части преобразователя частоты

Из рис.2 можно видеть, что энергия, поступающая от двигателя в преобразователь частоты, приходит в звено постоянного тока через обратные диоды, которые в этом режиме выступают в роли неуправляемого выпрямителя. При этом не имеет значения, открыты ли в этот момент IGBT – транзисторы инвертора или нет. Поскольку через входной неуправляемый выпрямитель в звено поступает выпрямленное напряжение сети, то электролитические конденсаторы звена постоянного тока уже заряжены. Энергия торможения, в свою очередь, не передается в питающую сеть через входной неуправляемый выпрямитель, поэтому выброс энергии от двигателя приводит к перенапряжению на элементах звена постоянного тока и трехфазном инверторе и их отказу. Также вредным фактором такого режима является то, что при повышенном напряжении в звене постоянного тока прикладывается повышенное напряжение к ключам инвертора. Это приводит к повышенному тепловыделению в них, их частичному разрушению и последующему отказу.

Другим видом неисправности, возникающей при эксплуатации вентиляторов, является перегрузка IGBT – ключей при пуске. Эта неисправность вызвана чаще всего динамическими колебаниями скорости, особенно при пусках с малым временем разгона и больших маховых массах на валу электродвигателя.

Рассмотрим причины ее возникновения. При малом времени разгона имеет место режим, когда преобразователь частоты пытается раскрутить двигатель сразу до большого значения скорости. При этом вследствие инерционности маховых масс вентилятора вал электродвигателя раскручивается не сразу, а с существенной задержкой. В этом случае, поскольку напряжение на двигатель подается, а вращение вала двигателя сильно замедлено, преобразователь отрабатывает допустимую перегрузку и прекращает разгон, закрывая силовые транзисторы инвертора, и индицирует ошибку «ОС1» — короткое замыкание фазы двигателя. В то же время ЭДС, наведенная в обмотках двигателя, преобразуется в кинетическую энергию, которая уже раскручивает двигатель и переводит его в генераторный режим, так как все ключи инвертора закрыты, и энергия от двигателя идет в звено постоянного тока. Это приводит к перенапряжению в звене постоянного тока и появлению ошибки перенапряжения «OU», при этом ошибка короткого замыкания «ОС1» на преобразователе сбрасывается. Поскольку в это время ключи закрыты, и управление двигателем прекращено, то двигатель замедляется, перенапряжение исчезает и преобразователь снова начинает раскручивать двигатель. Такие циклы повторяются и вентилятор выходит на номинальную скорость вращения после нескольких рывков по скорости при значительной перегрузке силовых ключей преобразователя. При этом обнаружить такой режим можно лишь по косвенным признакам, а именно возникновении в кодах последних ошибок преобразователя ошибок «ОС1» — короткое замыкание на выходе преобразователя частоты и «OU» — перенапряжение по шине постоянного тока.

Исходя из вышеуказанных особенностей эксплуатации электродвигателей вентиляторов, рассмотрим способы подключения и конфигурирования преобразователей частоты для систем вентиляции, при которых будет обеспечиваться безотказный режим работы.

1. Подключение управляющих сигналов.

Чаще всего, как было сказано ранее, управление преобразователем частоты вентилятора реализуется чаще всего с помощью аналогового сигнала для задания скорости и дискретного сигнала для выдачи разрешения работы. При этом большинство инженеров – проектировщиков реализуют с помощью дискретного сигнала, как пуск, так и останов вентилятора. Это и бывает причиной отказа большинства преобразователей частоты, которые неправильно сконфигурированы либо подключены.

Дело в том, что у большинства преобразователей частоты имеется дискретный вход разрешения работы, который во многих инструкциях ошибочно обозначается как вход пуска ПЧ. Так, например, у преобразователя частоты Lenze серии ESMD сигнал разрешения работы подается на контакт 28 соединителя управления. При неактивном уровне сигнала разрешения работы подачи управляющих импульсов на IGBT – транзисторы силового инвертора нет и инвертор не работает. Если вал электродвигателя вращается, то при наличии больших маховых масс вентилятора двигатель переходит в генераторный режим и происходит неконтролируемый выброс энергии с двигателя в звено постоянного тока преобразователя, что часто приводит к отказу преобразователя. В ряде случаев даже кратковременного перевода в неактивное состояние сигнала разрешения работы преобразователя при работающем вентиляторе хватает для возврата двигателем энергии в звено постоянного тока преобразователя, достаточной для отказа силовых элементов этого звена (включительно с инвертором).

Существуют несколько возможных путей решения данной проблемы:

  1. использование преобразователей частоты с функцией плавного замедления при снятии разрешения работы;
  2. применение более сложных схем управления.

В первом случае можно рекомендовать преобразователи частоты Lenze серии ESV, в которых есть параметр, определяющий реакцию на пропадание сигнала разрешения работы. Для обеспечения безопасного режима замедления вентилятора с большими маховыми массами рекомендуется установить значение Р111=2 (останов по заданной траектории при пропадании сигнала разрешения работы).

Во втором случае пуск преобразователя производится при нулевом значении задания по скорости, а затем с помощью аналогового сигнала внешнего контроллера либо потенциометра производится плавный разгон вентилятора до номинальной скорости. Аналогичным образом, производится замедление двигателя путем уменьшения аналогового сигнала и при нулевой скорости снимается сигнал разрешения работы. Второй вариант является более сложным, однако позволяет получить лучшие регулировочные характеристики вентилятора.

Читайте также:  Супер вентилятор для квартиры

2. Подключение элементов защиты звена постоянного тока.

Очевидно, что главной опасностью при генераторном режиме является повышение напряжения в звене постоянного тока. Следовательно, решением, обеспечивающим безопасную эксплуатацию, является введение в схему электропривода элементов рассеяния тормозной энергии. Одним из наиболее дешевых решений является использование тормозных чопперов (силовых коммутаторов), совместно с тормозными резисторами, включаемых в звено постоянного тока.

Принцип работы такой схемы следующий. При превышении напряжения в звене постоянного тока выше допустимого (этот уровень устанавливается при программировании ПЧ либо перемычками на чоппере в зависимости от типа ПЧ) происходит открытие силового ключа тормозного модуля и осуществляется сброс энергии на тормозной резистор. Это действие происходит автоматически и не влияет на качество работы электродвигателя вентилятора. Преимуществом такого подхода является защита ПЧ от вредных последствий генераторного режима даже при полном отключении управляющих сигналов, неправильном конфигурировании времени разгона/замедления и т.д.

3. Выбор рационального времени разгона/замедления преобразователя.

Следует помнить, что при снятии сигнала разрешения работы(или его обрыве) и неправильной конфигурации преобразователя частоты управление ключами инвертора прекращается и происходит неконтролируемый выброс энергии с двигателя в звено постоянного тока. Тем не менее, правильная конфигурация времени разгона/торможения обеспечивает эксплуатацию ПЧ без перегрузок по току и напряжению. В первую очередь следует помнить, что время разгона ПЧ должно быть намного больше времени прямого пуска асинхронного электродвигателя вентилятора. Так, например, если для вентилятора средней и большой мощности время прямого пуска составляет от 5 секунд, то время разгона от ПЧ должно быть больше, как минимум, в разы. При установлении меньшего времени разгона возможна как перегрузка по току, так и пуск рывками с возникновением перенапряжений, описанный ранее. Аналогичным образом выбирается время останова двигателя. Для этого необходимо при проведении пусконаладочных работ на этапе останова электродвигателя контролировать величину напряжения в звене постоянного тока (к примеру, параметр С53 преобразователей частоты Lenze серии ESMD).

Заметим, что при использовании преобразователя частоты Lenze 8200 Vector ошибка короткого замыкания «ОС1» в режиме прерывистого пуска не записывается, а просто на дисплее отображается сообщение «Imax» — достигнут предел значения по току, выставляемый пользователем в параметре «С22». Также важно помнить, что преобразователь частоты Lenze способен выдерживать перегрузки до 180% от номинального значения, однако при этом перегреваются силовые транзисторы инвертора. Таким образом, в случае частых пусков без выдержки паузы между перегрузками возможен отказ этих транзисторов даже при установленной защите в параметре «С22» (отказ возможен не сразу, а после десятков и даже сотен повторяющихся тяжелых пусков).

Использование рекомендаций и советов, представленных в этой статье, поможет инженерам – проектировщикам электромеханических систем вентиляции уменьшить вероятность отказа преобразователя частоты и оптимизировать работу вентилятора в целом.

Полезные ссылки

Преобразователи частотыПреобразователи частоты

Источник



Как частотные преобразователи улучшают работу вентиляции

Заметно улучшить работу вентиляторов различного назначения, повысить их производительность и снизить издержки помогает автоматизация с помощью преобразователей частоты.

Принцип работы

Управление воздушным потоком без ПЧ в контуре осуществляется с помощью заслонок воздуховодов. Электровентиляторы работают с максимальной производительностью и постоянной скоростью, вне
зависимости от того, какой объем воздуха требуется прокачать. Энергопотребление в такой системе будет одинаково высоким, а износ механизмов ускоренным.

Частотники позволяют наладить воздухообмен с наименьшими затратами, уменьшают износ оборудования и удлиняют сервисные интервалы. Они меняют характеристики частоты и/или напряжения питающего
тока и мягко регулируют производительность электровентиляторов.

В схеме управления с ПЧ электродвигатель вентилятора нужно подключать через преобразователь. По сигналу датчиков давления и температуры прибор может изменять скорость
вращения лопастей, плавно разгонять или останавливать вентилятор.

Таким образом, электродвигатель функционирует в щадящем режиме, а это существенно увеличивает его ресурс и исключает ударные нагрузки на электросеть. Оборудованию реже
нужен ремонт, время простоя сокращается. Экономия электроэнергии составляет 20–40%, в зависимости от режима и условий работы.

Области применения

Современные частотники — это высокотехнологичные интеллектуальные приборы с микропроцессорным управлением. Благодаря многофункциональности их можно использовать во всех типах вентиляционных систем:

  • Общеобменная вентиляция для всех помещений объекта. Один ПЧ может управлять согласованной работой двух контуров — вытяжки и приточки.
  • Система дымоудаления с нагнетанием чистого воздуха в контрольные зоны (в местах скопления людей). При пожаре ПЧ синхронно регулирует разряженное и избыточное давление.
  • Приточная вентиляция со стабильной производительностью. ПЧ контролирует заданные параметры, защищает электродвигатель и связывает оконечное оборудование с централизованным автоматическим контуром управления.
  • Приточная многозональная вентиляция с переменной производительностью. С ПЧ отпадает необходимость регулировать поток заслонками. Это упрощает и удешевляет систему. При этом прибор
    может задавать индивидуальные режимы работы вентиляторов в каждом помещении.
  • Местная вытяжка. ПЧ регулирует производительность оборудования в соответствии с настройками или по сигналам с датчиков.
  • Рециркуляционная вентиляция. ПЧ отвечает за соотношение поступающего и удаляемого воздуха, по мере необходимости изменяя скорость вращения соответствующих электровентиляторов.
  • Рекуперационная система. ПЧ управляет роторным рекуператором, автоматически регулирует его производительность при изменении температуры воздуха.

Общепромышленные частотные преобразователи «Веспер EI-7011» отлично подходят для любых вентиляторов 220, 380 В и различных типов вентиляций. Благодаря широкому диапазону
мощностей и гибким настройкам, они могут управлять одновременно несколькими устройствами.

Преимущества и недостатки использования

Применение частотников для управления работой вентиляторов имеет много плюсов. Некоторые из них:

  • Снижается потребление электричества.
  • Плавный пуск, благодаря которому нет динамического удара.
  • Нет перегрузок при включении обратного хода.
  • Автоматизируются и упрощаются процессы управления.

Из минусов — относительно высокая стоимость приобретения. Однако она быстро окупается за счет экономии электричества и снижения эксплуатационных расходов.

Также прибор необходимо предварительно настроить. Базовая настройка частотного преобразователя уже выполнена на заводе, а для монтажа и программирования режимов работы есть
подробная инструкция. Если нет желания во всем разбираться, то подключение частотного преобразователя могут сделать специалисты «Веспер». Они обладают большим практическим
опытом и проведут пусконаладочные работы профессионально и быстро.

Видео

В этом видеоролике вы увидите, какие преимущества дают ПЧ при интеграции их в систему воздушного охлаждения жидких и газообразных продуктов на объектах нефтегазового комплекса.

Источник

Подключение частотных преобразователей к электродвигателям — инструкции, схемы, описание

Частотные регуляторы комплектуются дополнительным пультом для управления, который располагают на рабочем месте оператора. Большинство преобразователей частоты поддерживают распространенные протоколы обмена данными, их можно встраивать в комплексные АСУ ТП (Автоматизированная система управления технологическим процессом).

От правильно выбранного места монтажа частотного регулятора, а также соблюдения всех правил ТБ (техника безопасности) и требований производителя напрямую зависит работоспособность электропривода.

Подготовка к подключению

Перед подключением необходимо удостовериться, что модель преобразователя соответствует проектной, и все характеристики частотного регулятора совпадают с параметрами электродвигателя. Также напряжение в питающей сети не должно быть ниже или выше номинального напряжения частотника. Далее выбирают место для размещения преобразователя. Оно должно удовлетворять следующим условиям:

  • Класс защиты корпуса от влаги и пыли должен соответствовать месторасположению частотного регулятора. Большинство устройств имеют исполнение IP20 и предназначены для монтажа в помещениях с низкой влажностью, вентилируемых электротехнических шкафах автоматики, в щитах управления приводом. Частотники IP54 и IP65 можно устанавливать на открытых местах рядом с двигателями. Это правило касается также внешних пультов управления, которыми комплектуются частотные преобразователи многих производителей.
  • При монтаже в шкафах требуется обеспечить необходимое расстояние от стенок и между другими частотниками и устройствами автоматики, которые нагреваются в процессе работы. Величина расстояния зависит от мощности электротехнических устройств. Мощность вентиляторов должна соответствовать количеству частотных преобразователей и других электротехнических устройств и аппаратов, размещенных в одном шкафу, чтобы обеспечить достаточный отвод тепла.
  • Частотный регулятор устанавливают на достаточном расстоянии от источников мощного электромагнитного поля, сильных вибраций. При невозможности соблюдения этого условия, устройства устанавливают в экранирующих шкафах на виброгасящих опорах. Устройство монтируют на ровной поверхности из негорючего материала, в месте, где исключено воздействие прямых солнечных лучей.
  • Климатическое исполнение частотника также должно соответствовать интервалу температур, высоте над уровнем моря, влажности и другим условиям эксплуатации.
Читайте также:  Вентилятор для сф мото 500

Подключение

Перед установкой и выполнением подключений нужно тщательно изучить инструкцию производителя. При выполнении этих работ необходимо также следовать нормам электробезопасности и ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

  • Сечение кабелей для подключения выбирают, исходя из номинального тока двигателя и преобразователя. Обычно оно указывается в инструкции. Рекомендуется выбирать максимально возможное сечение.
  • Для защиты от коротких замыканий используют предохранители и автоматические выключатели. Выбор аппаратов защиты делается по стандартной методике. При подключении преобразователя автоматические выключатели устанавливают в разрыв фазных проводов.
  • Входные и выходные силовые провода прокладывают отдельно. Также необходимо предусмотреть отдельную укладку контрольного управляющего кабеля.
  • Для защиты от электромагнитных помех необходимо использовать экранированные кабели цепей управления. При использовании неэкранированных проводов при длине токоведущей линии больше 50 м требуются специальные фильтры. Некоторые модели частотников имеют встроенную защиту от наводок.
  • Для сглаживания высших гармоник и бросков напряжения в силовых цепях допустимо устанавливать во входной силовой цепи дроссели и фильтры ВЧ. Подключение конденсаторов не допускается.
  • Заземление частотного регулятора выполняется проводом с медной жилой, сечением, указанным в паспорте преобразователя, оно должно быть не меньше сечения жил питающего силового кабеля. Присоединение к заземляющему контуру осуществляется напрямую. Нельзя применять нулевой проводник в качестве заземления.
  • Соединение обмоток двигателя звезда или треугольник выбирается, исходя из номинального напряжения частотного регулятора. Значения напряжения при разных способах соединения обмоток электродвигателя указаны в технической документации или на корпусе электрической машины. Двигатели с 2-мя скоростями с фазным ротором включают на одну скорость.
  • Все подключения выполняют в строгом соответствии с инструкцией производителя частотного преобразователя. При наличии вентиляторов для принудительного воздушного охлаждения электрических машин, электромагнитных и резистивных тормозов, коммутирующих аппаратов, их также подключают к соответствующим управляющим клеммам преобразователя. Запрещается использовать частотный преобразователь как блок питания для мощных элементов электропривода. Присоединение датчиков обратной связи по температуре, нагрузке, скорости вращения вала также осуществляется согласно инструкции и общим требованиям.

Первый пуск

После выполнения всех подключений необходимо еще раз проверить правильность сборки схемы и качество контактных соединений. Далее приступают к настройке преобразователя, пробному пуску привода.

  • Перед подачей напряжения на частотный преобразователь необходимо убедиться, что на устройстве отключена подача команд на двигатель, а запуск электрической машины никому не повредит.
  • При включении питания должны заработать встроенные в частотник вентиляторы охлаждения и загореться дисплей. На нем должно отображаться состояние “выключено” или “OFF”.
  • Далее требуется восстановить заводские настройки частотного регулятора. Для этого используется ввод соответствующей команды или нажатие клавиши Reset. Некоторые модели преобразователей затем следует перезагрузить.
  • Далее вводят все характеристики двигателя, фильтров и других вспомогательных элементов привода и осуществляют программирование частоты вращения, параметров регулирования и другие настройки. Некоторые модели частотников определяют фактические характеристики электродвигателей автоматически.
  • Далее осуществляется пробный пуск привода в ручном режиме. При этом проверяют правильность направления вращения вала и работу двигателя во всем интервале регулируемых скоростей. При необходимости вносят корректировки в предварительные настройки.
  • После чего производят окончательную настройку частотных преобразователей под регулируемый параметр и условия технологического процесса. Настройка преобразователей осуществляется с панели управления или с ПК. Эти операции должен производить специалист по автоматизации.
  • · Далее опробуют привод в тестовом режиме и вносят изменения в настройки, после чего проверяют корректность работы привода еще раз.

Функционал, схема подключения, порядок настройки разных типов и моделей частотных регуляторов могут существенно различаться. При выполнении монтажа и программирования частотников необходимо строго следовать общим правилам по монтажу электротехнического оборудования, инструкции и алгоритму настроек, рекомендованному производителем. Вносить изменения в ПО (программное обеспечение) и схемы подключения категорически запрещено.

Внимание! Фактические характеристики электродвигателей, долго находившихся в эксплуатации или побывавших в капитальном ремонте, могут отличаться от паспортных данных. Для частотно-регулируемого привода рекомендуется использовать новые электрические машины или частотные преобразователи, определяющие фактические параметры электродвигателей автоматически.

Техника безопасности

При установке преобразователей и настройке привода обязательно соблюдать ряд общих требований:

  • Все подключения необходимо выполнять при полностью отключенном напряжении питания. Перед их выполнением необходимо проверить, что автоматический выключатель или другой коммутирующий аппарат на вводе отключен.
  • В схеме питания и управления электродвигателем имеются индуктивные и емкостные элементы, которые способствуют сохранению напряжения в цепях привода после отключения питания. При монтаже и настройке преобразователей привода до 7 кВт необходимо подождать не менее 5 минут после отключения напряжения питания, для электрооборудования более 7 кВт время ожидания составляет не меньше 15 минут.
  • Преобразователь должен иметь индивидуальный заземляющий проводник, присоединенный к корпусу и к заземляющему контуру напрямую.
  • Нулевой и заземляющий провод должны быть присоединены к соответствующим шинам. Использовать для заземления нулевой проводник строго запрещается.
  • Долговременное отключение частотно-регулируемого привода должно осуществляться контактором или автоматическим выключателем, установленным перед частотным преобразователем. Нажатие клавиши “OFF” отключает двигатель, но не обесточивает электрические цепи.
  • Все электрические соединения выполняются проводами и кабелями, рекомендованного производителем сечения. Нельзя применять токопроводящие изделия с меньшим диаметром жил.
  • Нельзя подключать частотники по непредусмотренной производителем схеме. При некорректной работе преобразователя следует связаться со службой технической поддержки производителя или вызвать профильного специалиста.

Большинство моделей частотных регуляторов поддерживают множество режимов работы и настроек. Их можно адаптировать для использования в различных промышленных установках, комплексных системах автоматизации. Например, для синхронизации и одновременного регулирования производительности нагнетательных вентиляторов котельных, вытяжных установок систем удаления продуктов сгорания.

Подключение, тестирование и программирование частотных регуляторов должно выполняться специалистами, имеющими допуск к электрооборудованию, профильное образование и прошедшими инструктаж по ТБ.

Источник

Выбор преобразователя частоты для применения в системе вентиляции

Использование преобразователя частоты в системе вентиляции позволяет снизить шумность, продлить срок службы вентилятора и электродвигателя и получить заметную экономию электроэнергии.

Общие принципы выбора преобразователя частоты для двигателя изложены в статье "Помощь при выбора преобразователя частоты".

Использование преобразователя частоты для применения с вентиляционным оборудовванием может иметь свои особенности, которые можно выделить, рассмотрев выбор преобразователя частоты на примере конкретного применения.

1. Определение параметров двигателя.

Для корректного выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором необходимо выяснить мощность, номинальный ток и напряжение электродвигателя вентилятора. Наиболее точно эти параметры можно узнать из паспорта или шильдика (таблички) двигателя.

Шильдик выглядит следующим образом:

Из шильдика следует, что двигатель трехфазный, его номинальное напряжение 380 В, его номинальный ток (Iн) 1,94 А и мощность 0,75 кВт.

Иногда определить параметры электродвигателя невозможно по причине повреждения или отсутствия шильдика. Теоретически, используя справочники, можно определить недостающие параметры, зная тип электродвигателя, его типоразмер и высоту вала. Но на практике отсутствие или повреждение шильдика часто свидетельствует о длительной эксплуатации электродвигателя и старении изоляции его обмоток. При последующей работе такого электродвигателя с преобразователем частоты, усталость изоляции обмоток может привести к быстрому выходу электродвигателя из строя. Поэтому многие производители преобразователей частоты рекомендуют применять преобразователи частоты только с новыми электродвигателями. Год выпуска также обычно указывается на шильдике электродвигателя.

2. Определение максимального тока преобразователя частоты

Каждая рабочая машина или механизм имеет свои значения перегрузки и пускового момента. Так, например, для обеспечения работы работы осевого вентилятора коэффициент запаса по пусковому моменту (Kз) равен 1,1. Это означает, что преобразователь частоты должен иметь возможность выдавать ток на 10% выше номинального тока электродвигателя.

Расчет максимального тока (Im) для преобразователя частоты на примере осевого вентилятора будет следующим:

Im=Kз*Iн=1,1*1,94=2,13 А.

Таким образом, преобразователь частоты должен обеспечивать максимальный ток не ниже 2,13 А.

В параметрах преобразователя частоты указывается номинальный ток (In) и значение перегрузочной способности, которая указывается в процентах от номинального тока. Например, для преобразователя частоты серии Danfoss FC-051 Micro Drive значение перегрузочной способности (Kp) равно 150%.

При выборе преобразователя частоты должны соблюдаться следующие правила:

а) Номинальный ток преобразователя частоты (In) должен быть не ниже номинального тока двигателя (Iн) вентилятора:

Iн ≤ In;

б) Максимальный ток преобразователя частоты (Imp) должен быть не ниже расчетного максимального тока:

Im ≤ Imp

Максимальный ток преобразователя частоты (Imp) можно рассчитать по следующей формуле:

Imp = (In / Kp)*100%.

3. Требования электромагнитной совместимости (ЭМС).

Преобразователь частоты является источником электромагнитных помех, которые могут негативно сказываться на работе электроустановок и электронных приборов. Для снижения негативного воздействия помех в преобразователе частоты могут устанавливаться входные фильтры ЭМС.

Читайте также:  Кран включения вентилятора камаз

Существует классификация фильтров ЭМС, которая зависит от того, насколько хорошо фильтр сглаживает электромагнитные помехи. Например, для жилых помещений рекомендуется использовать фильтры A1 (категория размещения С2), а для промышленных предприятий — А2 (категория размещения С3). Фильтры более высокого класса, например А1, действуют эффективнее и могут также использоваться в помещениях категории С3, но при этом общая стоимость преобразователя частоты возрастет.

Для нашего примера будем считать, что вентилятор расположен в офисном помещении категории С2, потому необходим преобразователь частоты с фильтром ЭМС А1 или лучше.

4. Определение длины моторного кабеля.

Моторным кабелем называется кабель, которым соединяется преобразователь частоты и электродвигатель. Большинство производителей преобразователей частоты ограничивают длину моторного кабеля расстоянием 30-50 метров. Для увеличения длины моторного кабеля может потребоваться дополнительная установка дорогостоящих dU/dt фильтров или синус-фильтров.

При большой длине моторного кабеля можно использовать некоторые серии преобразователей частоты Danfoss или Vacon. Так, например, преобразователи частоты серии Vacon 100 FLOW могут эксплуатироваться с моторным кабелем длиной до 200 метров без применения специальных фильтров, а Danfoss FC-102 HVAC Drive до 300 метров.

Для нашего примера будем считать, что расстояние от преобразователя частоты до вентилятора не более 25 метров.

5. Определение режима торможения электродвигателя.

Большинство вентиляторов останавливают выбегом, поэтому наличие тормозного прерывателя с возможностью подключения дополнительного тормозного сопротивления не нужно. Исключения составляют некоторые дымососы и вентиляторы градирен, где в зависимости от требований технического процесса может потребоваться установка дополнительных тормозных сопротивлений из-за большой инерции вентилятора.

При выборе преобразователя частоты для нашего примера наличие дополнительных тормозных сопротивлений не нужно и наличие тормозного прерывателя не принципиально..

6. Степень защиты и окружающая среда.

Преобразователь частоты может быть установлен в специальном шкафу с высокой степенью защиты от воздействий окружающей среды — влаги и пыли. В этом случае можно выбрать преобразователь частоты со степенью защиты IP21 и ниже. Преобразователь частоты в исполнении IP21 можно также установить без шкафа непосредственно на стену в сухом и чистом помещении, но при вероятности появления пыли или повышенной влажности степень защиты преобразователя частоты при установке вне шкафа должна быть не менее IP54.

Для нашего примера будем считать, что преобразователь частоты будет смонтирован в шкафу. Исходя из этих условий, выбираем привод в исполнении IP20 или IP21.

7. Выбор способа управления преобразователем частоты.

Управление преобразователем частоты может осуществляться разными способами: со встроенной панели управления преобразователя частоты, кнопками на двери шкафа или на панели управления, по сетевому протоколу (при наличии такой возможности).

Также нужно определить, что будет выступать сигналом для регулирования скорости вращения внтилятора: аналоговый датчик давления, дискретный датчик давления, задание скорости вращения потенциометром или по сетевому протоколу.

Предположим, что управлять и задавать скорость преобразователю частоты будет удаленный контроллер через сетевой протокол Modbus RTU. В тоже время нужна возможность местного управления преобразователем частоты с панели оператора, вынесенной на дверь шкафа.

Также необходимо иметь удаленную сигнализацию аварийного режима.

Учитывая вышесказанное, необходимо чтобы у преобразователя частоты был порт RS485 и поддержка Modbus RTU, возможность выноса панели на дверь шкафа и сигнальное реле — для передачи сигнала «Авария».

8. Выбор типа преобразователя частоты — специализированный или универсальный?

Удобство применения универсальных преобразователей частоты может проявляться в хорошем знании обслуживающим персоналом принципов настройки и эксплуатации, унификации запасных частей и применимостью на разных типах механизмов (одна серия преобразователей частоты может использоваться например и на грузоподъемном оборудовании, и для примения с вентиляторами). Но эта особенность зачастую определяет более сложную конструкцию и наличие множества невостребованных функций.

Наличие большого количества прикладных функций у универсального преобразователя частоты является его преимуществом, но в тоже время для конкретного применения количество функций может быть минимальным. Например, универсальный преобразователь частоты может управлять вентилятороми иметь ПИД-регулятор для точного поддержания давления в трубе, но не иметь функции каскадного регулятора для управления несколькими вентиляторами.

Кроме того, универсальный преобразователь частоты зачастую дороже узкоспециализированного. Исключения составляют универсальные привода малой мощности, обычно до 15-22 кВт

Специализированный преобразователь частоты, в свою очередь, имеет очень ограниченные возможности применения (например, основными сферами применения Vacon 100 FLOW являются насосы, вентиляторы и компрессоры). Но, для «своих» применений у специализированного преобразователя частоты есть множество специальных функций. Например, для управления вентиляторами у специализированных преобразователей частоты есть функции спящего режима, каскадного регулирования для вентиляторов, пожарный режим, часы реального времени, функция попеременного управления вентиляторами для оптимальной наработки ресурса.

На нашем примере видно, что мощность двигателя мала — 0,75 кВт, а наличие специализированных функций не нужно.

В связи с этим предпочтительнее выбор универсального преобразователя частоты малой мощности.

9. Подведем итоги:

Для выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором нужна следующая информация:

— Параметры электродвигателя вентилятора;

— Тип внтилятора;

— Тип входного фильтра преобразователя частоты;

— Длина кабеля от вентилятора до преобразователя частоты;

— Степень защиты преобразователя частоты от воздействий окружающей среды;

— Способ управления преобразователем частоты;

— Необходимость использования специализированные функций.

Для нашего примера эти параметры будут такими:

Номинальный ток двигателя — 1,94 А;

Максимальный ток ПЧ (не ниже) — 2,13 А;

Входной фильтр — не хуже А1;

Длина моторного кабеля — 15 метров;

Тормозной прерыватель — не нужен;

Степень защиты корпуса ПЧ — IP20 или IP21;

Поддержка протокола Modbus RTU;

Возможность выноса панели на дверь шкафа;

Количество релейных выходов — 1;

Специальные функции не нужны.

Исходя из этого, выбираем преобразователь частоты

Danfoss VLT Micro Drive FC-051 0,75 кВт, 3ф, 380В, 2,2 А. FC-051PK75T4E20H3XXCXXXSXXX

Danfoss серии FC-051 Micro Drive FC-051PK75T4E20H3XXCXXXSXXX, имеющий следующие характеристики:

Номинальный ток — 2,2 А;

Максимальный ток — 3,3 А;

Входной фильтр — A1;

Максимальная длина моторного кабеля — 50 метров;

Тормозной прерыватель — есть;

Степень защиты корпуса — IP20;

Поддержка протокола Modbus RTU – есть;

Возможность выноса панели на дверь шкафа — есть;

Количество релейных выходов — 1.

Преобразователи частоты Danfoss FC-051 Micro Drive не укомплектованы панелью оператора, поэтому её нужно заказывать отдельно. Существует два варианта панели оператора, отличающиеся наличием или отсутствием потенциометра на лицевой панели и степенью защиты от воздействий окружающей среды:

Панель оператора без потенциометра, степень защиты IP55

Панель оператора с потенциометром, степень защиты IP40

Монтажный набор для выноса панели оператора на шкаф, 3 м

Для нашего случая попадание влаги на панель не ожидается, поэтому выбираем панель LCP12.

Также нам нужен комплект для выноса панели на шкаф:

В состав этого комплекта уже входит кабель длиной 3 метра, поэтому никаких дополнительных аксессуаров больше не нужно.

Итоговый перечень нужного оборудования выглядит следующим образом:

1. Преобразователь частоты 3ф 0,75кВт (2,2А) FC-051 Micro Drive FC-051PK75T4E20H3XXCXXXSXXX — 1 шт.;

Для наглядности можно рассмотреть еще один пример выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором:

Имеется радиальный вентилятор с двигателем 45 кВт, установленный в производственном помещении. Нужен преобразователь частоты, который будет установлен в шкафу на расстоянии 80 метров от вентилятора. Пуск и останов вентилятора будет осуществляться кнопками, на шкафу, вентилятор должен работать с тремя фиксированными скоростями, которые назначаются переключателем, также установленным на двери шкафа. Шильдик двигателя выглядит следующим образом:

Для выбора преобразователя частоты получаем следующие исходные данные:

— Двигатель асинхронный трехфазный АИР250S6 45 кВт, 980 об/мин, напряжение 380 В, рабочий ток 90,1 А;

— Вентилятор радиальный, коэффициент запаса по пусковому моменту 1,1, значит максимальный ток определяется по формуле:

Im = Kз*Iн = 1,1*90,1 = 99,11 А;

— Вентилятор установлен в промышленном помещении, значит нужен выходной фильтр класса не хуже A2;

— Длина моторного кабеля — 80 метров;

— Тормозной прерыватель — не нужен;

— Преобразователь частоты установлен в шкафу, значит степень защиты не ниже IP00 или IP20;

— Дискретные входы для управления кнопками и переключателями с двери шкафа (для запуска и останова — 2 шт, для назначения скоростей вращения — 3 шт) — итого 5 шт.;

— Специальные функции — не нужны.

Под данные требования подходит несколько преобразователей частоты, для примера выберем два разных типа:

Источник

Adblock
detector