Очень неприятно, согласитесь, понимать, что, купив определённую модель преобразователя частоты (ПЧ), вы ошиблись. Например, не очень хочется после длительного просмотра каталогов и выбора ПЧ, который неплохо подходит по своим характеристикам, да и устраивает по цене, столкнуться с тем, что двигатель не развивает полную мощность.
Получается, что производитель или продавец обманули клиента, предоставив недостоверные данные? Всё, конечно же, не так. Ведь на выбор преобразователя частоты, порой могут оказывать влияние несколько факторов. Почему? Попробуем во всём разобраться.
Какой метод управления ПЧ выбрать?
Как правило, выбор ПЧ производится исходя из мощности и номинального тока подключённого электродвигателя. При этом номинальный ток ПЧ должен быть больше, чем номинальный ток электродвигателя. Разумеется, что выбор, сделанный только на основе этих данных, может быть ошибочным.
Для понимания ошибок, которые могут быть допущены при выборе частотника, сначала необходимо разобраться с особенностями работы асинхронного двигателя (АД). Сначала поговорим о скольжении.
Для нормальной работы АД требуется, чтобы скорость вращения магнитного поля была несколько больше, чем скорость вращения ротора. Наоборот, когда эти скорости совпадают, значит, скольжение равно нулю, что означает наименьший крутящий момент.
Следовательно, для достижения наибольшего крутящего момента, необходимо поддерживать скольжение на определённом уровне. Кстати говоря, эта величина не бесконечна, а при превышении некоторого предела, крутящий момент, всё равно будет снижаться из-за увеличения потерь в статоре и роторе. Кроме того, ротор и статор будут перегреваться.
Задача преобразователя частоты, как раз и заключается в поддержании заданной величины скольжения. Однако с такой задачей могут справиться далеко не все ПЧ. Например, ПЧ с векторным методом управления отлично подойдёт, а вот ПЧ со скалярным методом управления в этом случае не годится.
Надо понимать, что скалярные ПЧ хотя и проще при настройке, да и стоят меньше, но имеют малый диапазон режимов, примерно 1:10, и низкую точность регулировки, причём погрешность регулирования скорости может составлять до 10%. Область применения ПЧ со скалярным типом управления – вентиляторы, компрессоры или насосы и тому подобное. То есть, такие механизмы, которые отвечают за поддержание технического процесса с фиксированным режимом работы, где нагрузка известна и не меняется.
Векторные преобразователи частоты, напротив, имеют широкий диапазон регулировок при низкой погрешности. Данные функции позволяют при любых, даже сравнительно небольших оборотах двигателя или при резком изменении нагрузки, поддерживать необходимую величину крутящего момента. Такие ПЧ хорошо подходят для управления электродвигателями токарных станков, прессов, транспортёров и других, подобных механизмов. Однако такие ПЧ имеют более высокую стоимость и требуют точной настройки с привлечением специалистов.
Также к снижению коэффициента полезного действия, приводит использование широтно-импульсной модуляции. В свою очередь, это приводит к появлению гармоник, которые создают в питающей сети помехи. Появление помех, в конечном счёте приводит к увеличению электрических потерь в металле, а это приводит к снижению эффективности работы асинхронного электродвигателя из-за увеличения его нагрева.
Тип нагрузки
Сама нагрузка или, по-другому – условия работы частотного преобразователя, безусловно, влияют на выбор той, или иной модели. Однако, как уже было отмечено выше, выбирать частотник только по току и мощности двигателя неправильно. Возьмём для примера, известного производителя преобразователей частоты – компанию Mitsubishi Electric.
Компания разделяет нагрузку на следующие типы:
- сверхлёгкий;
- лёгкий;
- ынормальный;
- тяжёлый тип.
Соответственно, перегрузочная способность и выходной ток каждой модели будут отличаться в зависимости от температурного режима и величины нагрузки. Так, для модели марки FR-A840-00023 выходной ток меняется в диапазоне 0,8 – 2,3 А, в зависимости от нагрузки.
Надо отметить, что подобный подход используется и другими производителями, в том числе компанией Schneider Electric. Например, для ПЧ серии Altivar Process ATV900 в технических характеристиках указывается мощность двигателя как для нормальной нагрузки, так и для тяжёлых условий работы. При этом характеристики по току и по мощности также могут весьма заметно отличаться.
Итак, учитывая всё вышеизложенное, можно утверждать, что
- Для управления электродвигателями, которые приводят в движение механизмы работающими со стабильными оборотами и лёгкой нагрузкой, например, вентиляторы или насосы, подойдут скалярные ПЧ.
- Для работы с электродвигателями, которым требуется быстрый старт и остановка, а также работающих с переменной нагрузкой и требующих сохранения заданного крутящего момента в широком диапазоне, наилучшим образом подойдут векторные ПЧ.
Уровень шума
Величина акустического шума, издаваемого преобразователем частоты, также играет важную роль, влияющую на величину выходного тока. Поэтому данное обстоятельство также необходимо учитывать при выборе конкретной модели ПЧ.
Разумеется, что первое решение, которое приходит на ум – убрать преобразователь частоты в шкаф с достаточной звукоизоляцией, совершенно не подходит для электродвигателя. В этом случае придётся применять специальные фильтры для гашения электромагнитных помех на выходе частотного преобразователя или увеличить частоту.
Однако в некоторых случаях увеличение частоты может быть недопустимо, ведь сделать это можно только в очень ограниченном диапазоне. Кроме того, такое решение вызовет повышенный нагрев частотного преобразователя, а также приведёт к потерям в кабеле. Данные обстоятельства также приведут к снижению мощности электродвигателя, равно как и применение фильтров, ведь такое решение также снижает напряжение между электродвигателем и частотником.
Заключение
Теперь подведём итоги. Выбирая модель частотника только лишь по мощности электродвигателя, можно совершить ошибку. Обязательно нужно учитывать метод управления ПЧ и характер нагрузки.
Кроме того, если выбрать модель частотного преобразователя с довольно высокими характеристиками, так сказать, про запас, можно просто переплатить. В свою очередь, если сэкономить, то электродвигатель даже не сможет стартовать.
