Работа в тяжелых условиях: все предусмотрено
Зависимость технических характеристик от внешних условий присуща многим механизмам и устройствам. При подготовке технического задания на применение преобразователя частоты и при проектировании следует обязательно учитывать температуру среды, на какой высоте расположен объект, уровни влажности и сейсмичности района строительства. Специальные опции Danfoss Drives позволяют применять силовое оборудование практически повсеместно.
Между плюсом и минусом
Базовые характеристики преобразователей частоты семейств VLT и VACON рассчитаны на эксплуатацию при температурах окружающей среды 0–40 °С, некоторые модели — до 45 °С. Расширение диапазона от –10 °С до +55 (60) °С происходит за счет снижения номинальных параметров. При повышении или уменьшении температуры на 1 °С от стандарта потеря мощности составляет в среднем 1,5 %.
Однако из всякого правила бывают исключения. Особая «арктическая» серия Vacon 100X предоставляет рабочий диапазон в 100 °С: –40 °С… 60°С. Обновленная версия VLT HVAC Drive FC 102 функционирует без снижения характеристик при –25 °С.
При увеличении высоты и снижении атмосферного давления конструктивные особенности приводов обеспечивают номинальный режим до одной тысячи метров над уровнем моря. Можно и выше, но с более низкими характеристиками в зависимости от типоразмера корпусов A, B или C.
График изменений показывает, что на двух тысячах метров над уровнем моря производительность упадет примерно на 10 %, на трех тысячах — до 20 %. Для компенсации потерь можно подобрать устройство большего номинала. Предел работоспособности наступает на высоте 4,5 тысячи метров в зависимости от модели.
Практически нет никаких ограничений для эксплуатации преобразователя частоты при колебаниях влажности. Для морских применений, в частности, разработано специальное покрытие плат, защищающее от влаги и соли.
В сейсмически нестабильных регионах заказчики обращают внимание на устойчивость к землетрясениям. Преобразователи частоты VLT серий FC 101, 102, 103, FC 301 и 302, AQUA Drive и Lift Drive имеют сертификаты категории 1 по НП-031 (9 баллов по шкале сейсмической активности MSK-64).
В разных условиях эксплуатации важно подобрать класс защиты корпуса привода. При размещении в шкафу в позиции «стенка к стенке» – это IP00. Наружное применение — IP20, IP54, IP55. При очень высоких показателях влажности, пыли и агрессивных веществ воздухе — IP66.
Специальное решение — защитный комплект Nema 3R (E5S) для приводов до 400 кВт. Для минусовых температур его снабжают нагревателем.
Приводы с особыми опциями
VLT HVAC Drive FC 102, кроме возможности работать при низких температурах, имеет специальный функционал для применения в качестве компонента пожарной автоматики. В кризисной ситуации привод служит при температуре 70 °С в течение часа. На типоразмерах до 90 кВт — без снижения характеристик. Для мощностей 110–315 кВт падение от номинала составляет до 20 %.
VACON 20 Cold Plate также выдерживает до +70 °С в зависимости от типоразмера за счет чрезвычайно прочной конструкции. В устройстве нет вентилятора и потока воздуха, отвод тепла организован через радиатор. Такие возможности позволяют OEM-производителям создавать разнообразные концепции охлаждения.
VACON 20X и VACON 100X незаменимы на открытом воздухе. Для них специально разработан влагозащитный цельный корпус. Устойчивость к вибрации — экстремальные 3g. Частотные приводы можно устанавливать на двигатель, осуществляя монтаж в любом положении.
VACON NXP Liquid Cooled снабжен водяным контуром, что актуально при высоких температурах окружающей среды. Жидкостное охлаждение допускает рассеивание в воздухе менее 2 % тепловых потерь. Передовое решение на четверть компактнее аналогов с воздушным охлаждением. В конструктиве предусмотрена система с AFE-выпрямителем для рекуперации энергии в сеть.
Защита от высоких температур
Для эффективного охлаждения разработаны корпуса C00, C20, C21, C2H, C5H, C2M, C54, C5M. Они имеют тыльный канал из нержавеющей стали, направляющий воздушный поток через радиаторы. Уникальная схема выводит за пределы корпуса до 90 % выделяющегося тепла.
Для VLT средних типоразмеров предусмотрен сквозной монтаж в шкафу. Наружный воздушный радиатор обеспечивает эффективный вывод излишнего тепла.
Полезная климатическая опция — регулируемый по температуре вентилятор. Привод осуществляет автоматический контроль скорости вращения внутреннего вентилятора в зависимости от температуры. Включение происходит при достижении определенных значений.
Стандартные электронные платы преобразователей частоты имеют покрытие в соответствии с классом 3C2. При необходимости можно сконфигурировать привод с защитой плат 3C3.
Эксплуатация при низких температурах
При значениях температуры ниже 0 °С преобразователь частоты должен быть постоянно включен. А вентилятор в этом случае должен быть обязательно отключен. Для устранения проблем с конденсатом предусмотрена подача импульсов постоянного тока. Активация происходит по дискретному входу, контроль — по температуре на радиаторе привода и на двигателе. Необходимо помнить, что двигатель будет под напряжением.
Для холодных периодов актуален предварительный прогрев преобразователя частоты и двигателя. К примеру, при –10 °С необходима работа привода на холостом ходу в течение 10 минут до выхода на полную нагрузку.
Когда на термометре –15 °С, возможна нестабильная работа на панели оператора. При –20 °С приемлемая читаемость достигается через 5–10 секунд, как и смена показаний. При –25 °С нормальное состояние индикации произойдет в течение 5 минут.
В серии VACON 100X сбоку встраивают небольшой обогреватель, что практически не увеличивает габариты. Еще одно устройство для VLT — обогреватель на 40 Вт с установкой в корпуса типа C2 и C5.
Защита от замерзания реализована в VACON FLOW. Функция основана на измерении температуры насоса. После предупреждающего сигнала происходит автоматический запуск привода. Чтобы избежать задержания перекачиваемой жидкости и неизбежного заклинивания поддерживается минимальная фиксированная частота.
Тепловые потери и расчет охлаждения
Для разных климатических условий необходимо правильно рассчитать тепловые потери, а также определить, какое нужно охлаждение — принудительное или естественное. Для шкафа в вычислениях используют данные по выделяемому и поглощаемому теплу, температуре окружающей среды и требуемой внутри. Кроме этого, учитывают габариты, площадь поверхности и конфигурацию монтажа компонентов.
В руководстве по проектированию преобразователей частоты указаны оценочные потери мощности на каждый типоразмер при номинальной работе. Геометрические параметры позволяют посчитать, как через эту поверхность будут происходить естественные потери за счет конвекции. При принудительной вентиляции определяют необходимый объемный расход фильтрующего вентилятора.
Как вариант — пассивное охлаждение с помощью внешнего воздушного радиатора. Он может быть встроен в привод или идти опционально к шкафу. Здесь все просто — есть специальные таблицы подбора мощности охлаждения для воздухо-воздушных теплообменников.
Можно все сделать практически мгновенно с помощью специального ПО. Например, программа для расчета тепловыделений компонентов Rittal Therm после ввода исходных данных рекомендует тип шкафа и достаточные опции по охлаждению, а при необходимости и по обогреву.