Как подобрать и настроить частотный преобразователь — всё про частотники простыми словами

Частотные преобразователи — незаменимы в промышленности и часто используются в быту. Тем не менее это относительно дорогая защита и в определенных ситуациях ее использовать нерентабельно.

Есть ли смысл ставить частотник дома и какая есть альтернатива? Для начала давайте разберемся «что это, и с чем его едят».

Как работает частотник? — простое объяснение сложных принципов работы

Любой электродвигатель по умолчанию выдает определенное количество оборотов в минуту. При включении возникает пусковой ток, после чего двигатель выходит на номинальные обороты.

Но часто требуется, чтобы двигатель автоматически регулировал обороты, реагируя на давление, нагрузку, сигналы с датчиков и т.д. Для этого и нужен частотный преобразователь.

Он регулирует взаимоотношение частоты тока и напряжения на выходе, сохраняя нагрузку. Благодаря этому двигатель избавляется от высоких пусковых токов и плавно выходит на нужные обороты. В зависимости от подаваемой частоты и напряжения тока меняются обороты двигателя — как в меньшую, так и большую сторону.

Режим работы двигателя может контролироваться, как автоматически через программу «залитую» в память, так и вручную. Если возникает аварийная ситуация, двигатель начинает неправильно потреблять электричество. Частотник реагирует на эти изменения и отключает его от сети, выбивая «ошибку».

Чтобы в случае аварии, быстро восстановить работу двигателя, все параметры на выходе отслеживаются дистанционно через PLC контроллер или другую систему дистанционного управления.

В промышленности он незаменим. Благодаря ему:

  • станок для распиливания древесины регулирует скорость исходя из твердости породы;
  • система вентиляции цеха меняет скорость работы, реагируя на сигналы датчиков;
  • промышленные конвейеры работают только в режиме плавного пуска, при этом нужно регулировать обороты двигателя, иначе на линии может случиться авария;
  • насосы в системах водоснабжения меняют обороты, реагируя на изменение давления в трубопроводе.

Для каждой технической задачи важно подобрать правильные параметры и характеристики. Как для промышленных целей так и для бытовых.

Как выбрать частотный преобразователь для бытового применения?

Прежде всего выбор «частотника» зависит от его предназначения. Для каждого случая ставятся определенные технические задачи, под которые уже подбираются нужные характеристики.

Исходя из технических задач при выборе важны такие параметры:

  1. Мощность — должна быть равной мощности электромотора. Если мощность частотника будет меньше, на максимальных оборотах он перегорит. Если наоборот, выбрать более высокий номинал — это будет неэффективная трата денег. Как правило, чем выше мощность — тем выше стоимость;
  2. Количество фаз — подбирается по сети подключения 220В/380В. Однофазные — часто применяются в быту, например, для водяных насосов. У них малый номинал — до 2 кВт. Но, исходя из того, что большинство электромоторов работают от 380В, обслуживающие их частотники — также трехфазные;
  3. Перегрузочная способность — зависит от специфики применения защищаемого электромотора. Например, у вентилятора нет перегрузок, для него достаточно будет минимальной перегрузочной способности, а для какой-нибудь дробилки, как раз этот показатель важен. Если перегрузочная способность будет слишком низкая, частотник выйдет из строя;
  4. Максимальная частота на выходе — подбирается по техническим характеристикам двигателя и его задаче. Так, например, если нужно чтобы электромотор работал сверх номинальных оборотов — подбирается более высокая частота на выходе. Но, не все электромоторы на это рассчитаны и работа сверх оборотов может вывести их из строя;
  5. Серия и производитель — зависит от технического задания, поставленного обслуживающим специалистом. Например, у Bosch выпущена специальная серия для вентиляционных систем EFC3610;
  6. Дополнительные опции. Например, у продвинутых моделей стоит фильтр подавления высокочастотных помех. С ним меньше вероятность аварии при эксплуатации. Также для частотников обслуживающих насосные станции может быть полезной функция включения дополнительного асинхронного двигателя, например, если основной насос не справляется с удержанием нужного напора в трубопроводе.Опция включения дополнительного асинхронного насоса предполагает автоматическую подачу сигнал на включение дополнительного насоса и своевременное его отключение. Частотник не уберет пусковые токи и не обеспечит плавный пуск.

Под каждую сферу применения необходимо подобрать помимо основных характеристик еще и оптимальный метод управления.

Какой метод управления выбрать — скалярный или векторный?

В насосных станциях и вентиляционных системах применяется скалярное управление. Его главная особенность — поддержание определенного параметра, например, давления в трубах.

Этот метод заключается в изменении амплитуды и частоты напряжения тока по закону U/f (U-напряжение, f-частота). При этом максимальный диапазон регулирования скорости составляет 1:10.
Скалярный — самый простой метод управления. У него низкая точность регулирования вращения вала, но он позволяет подключать сразу несколько электродвигателей.

В электродвигателях, где важно контролировать скорость вращения вала необходимо векторное управление. В отличие от скалярного, при векторном управлении контролируется магнитный поток ротора — момент на валу. Данный метод применяется, когда при одной и той же частоте меняется мощность, и нет линейной зависимости между нагрузкой и скоростью вращения.

У векторного управления гораздо больше порог регулирования. Векторные делятся на два класса: датчиковые и с обратной связью. У них отличается порог регулирования, например, у датчикового класса скорость изменяется в диапазоне 1:100 с точностью поддержания ±0,5%. В то же время у аналогов с обратной связью этот показатель составляет 1:1000, а точность поддержания ±0,01%. Векторные преобразователи стоят дороже, но зато точнее.

Преимущество векторного метода заключаются в том, что быстрее реакция на изменение нагрузки, а на низких частотах двигатель вращается плавно и без рывков. У скалярных преобразователей контролируется только магнитное поле статора, а у векторных — и статора, и ротора.

Поэтому скорость регулируется с высокой точностью, что важно, например, в лифтах, подъемно-транспортных конструкциях, конвейерах. Но, векторный метод управления позволяет подключать только один электромотор.

И скалярные и векторные частотники активно применяются в промышленности, транспорте и даже робототехнике. Они не только сохраняют дорогостоящие промышленные электродвигатели, но и увеличивают экономию электричества.

Как частотное регулирование экономит электричество?

В отличие от устройства плавного пуска, частотный преобразователь не только убирает пусковые токи, но и регулирует обороты. За счет этого он увеличивает КПД двигателя и экономит электричество.
Для наглядности представляем график одной из городских насосных станций Киева, до и после того как там был поставлен частотный преобразователь.

Синяя линия говорит о том, что насос все время работал на полную мощность, а когда падало давление — отключался. Давление в трубах удерживалось дросселированием воды.

Голубая линия показывает насколько эффективнее насос начал потреблять электричество. При падении давления в трубопроводе он автоматически поднимал обороты, а при увеличении давления — снижал.

В результате установки частотного преобразователя оператору водоснабжения удалось достичь:

  • Экономии до 40% потребляемого электричества;
  • Снижения расхода воды до 40% за счет выравнивания давления в трубопроводе;
  • Увеличения срока службы насоса;

Снижения стоимости ремонтных работ, так как были исключены гидравлические удары внутри магистрали, вызывающие серьезные поломки.

Но, чтобы частотник действительно был средством экономии и оптимизации рабочего цикла, его нужно правильно подключить и настроить. Все действия, как правило, прописаны в инструкции и техническом паспорте.

Подключение и настройка частотного преобразователя

Исходя из того, что промышленный частотный преобразователь — сложное электронное устройство, его могут подключать только специалисты с допуском. Как правило, это персонал обслуживающей компании.

Исключением могут быть бытовые модели для маломощных электромоторов. Их часто ставят дома на фрезерных станках, точилках или насосах водоснабжения. Для их подключения не нужен допуск, а выставить нужную программу можно через лицевую панель.

Консультацию и даже помощь в установке могут предоставить некоторые интернет-магазины (там где Вы совершали покупки) — естественно только профильные. Наиболее крупный из таких специализированных магазинов электротехники — это «АксиомПлюс». Там можете задать все вопросы техническим специалистам по подбору и продаже электрооборудования.

Подключать преобразователь частоты к электродвигателю нужно по одной из двух схем:

  • «треугольник» — для сети 220-230В (одна фаза);
  • «звездочка» — для 380-400В (три фазы).

Схема выбирается по сети питания преобразователя частоты. Если подключить неправильно — перегорят обмотки двигателя.

С промышленными преобразователями другая история. Перед подключением делается техническое задание и расчет эффективности. Этим занимается штатный инженер или подрядчик из сервиса производителя. По итогам техзадания менеджер подбирает модель с определенными характеристиками.

Далее сервисмен подключает компьютер и активирует нужную программу. Для большинства промышленных целей разработаны стандартные программы, занесенные в память еще на производстве. Если для двигателя ставится специфическая задача с нестандартными условиями, тогда по заказу компании пишется новая программа, и делается прошивка.

Обслуживающий персонал подключает частотник к электродвигателю. Он подключается к мотору только напрямую: запрещено подключать через удлинители, сетевые фильтры, ставить между ним и мотором рубильники и выключатели.

Также важно, чтобы корпус был установлен вертикально. Для достаточного охлаждения при монтаже необходимо оставить 10 см свободного места сверху и снизу.

Если подключить преобразователь через удлинитель — высока вероятность аварии:

  1. В цепь подключится еще один потребитель и частотник неправильно отреагирует на изменение в потреблении. Он может, как отключить мотор, так и подавать неправильные параметры тока;
  2. Цепь разорвется из-за чего на дисплее высветится «ошибка», но ротор будет вращаться по инерции, что может спровоцировать серьезную аварию.

Но, даже если все подключить по инструкции, ошибки в работе могут также появляться из-за неправильно выставленного режима или ослабления контактных соединений.

Что делать, если частотный преобразователь работает неправильно?

Наиболее распространенные неисправности преобразователя частот:

  1. Выдает неправильные параметры тока — из-за этого электродвигатель теряет эффективность, работает в нештатном режиме;
  2. Отсутствует реакция на изменение параметров системы (давление в трубах, реактивная тяга, сухой ход и прочее). Это может привести к аварии на производстве.

Если защита от аварий двигателя не срабатывает, значит частотник нужно ремонтировать. Ремонтировать (как и подключать) его могут только люди со специальным допуском. Чаще всего это обслуживающий персонал прошедший определенное обучение и получивший сертификаты с допуском.

Ремонт и обслуживание происходит по договору между компанией и сервисным центром. Он может быть согласован напрямую или через дилера. Это удобно и выгодно, потому что по гарантии возможен как ремонт, так и замена устройства на новое.

Лучше всего, если сервисный центр — официальный и ремонтом занимаются люди, знающие конструкцию и тонкости конкретной модели. Так больше вероятность, что на складе будут нужные детали, а это значит, что ремонт будет сделан быстрее.

Чтобы не пришлось заказывать ремонт, необходимо обеспечить должное обслуживание и присмотр в ходе эксплуатации. Это поможет также увеличить срок его службы.

Как увеличить срок эксплуатации частотного преобразователя?

Частотный преобразователь — сложный механизм и требует систематических проверок. Частота обслуживания зависит от рекомендаций производителя и уровня ответственности сферы, где он применяется. Например, в дренажных насосах на шахтах или системах водоснабжения плановые проверки делаются чаще, чем на производственных станках.

В любом случае обслуживающий персонал должен делает плановую проверку. В нее входят стандартные меры:

  • Извлечение протокола ошибок — помогает найти проблемы в сети или двигателе, а также подобрать более эффективный режим работы;
  • Проверка калибровок и при необходимости перенастройка, как дополнительная мера;
  • Тестирование реакции на стандартные нарушения в работе.

Кроме систематических осмотров, необходимо обслуживать преобразователь и в ходе эксплуатации:

  1. Раз в месяц продувайте сжатым воздухом радиатор охлаждения, закрепленный в задней части корпуса, да и сам корпус. На радиаторе закреплен IGBT-ключ, отвечающей за управление мотором. Если на нем будет скапливаться пыль, он начнет перегреваться, а так как состоит он из полупроводников (разрушаются от высоких температур), то рано или поздно выйдет из строя. Очистив его от пыли, Вы увеличите срок эксплуатации;
  2. Чтобы не было перегрева, также регулярно проверяйте вентиляторы принудительного охлаждения. Если какой-то из них сломается, его легко заменить. На рынке продается много таких вентиляторов;
  3. Кроме того, каждые 3-4 месяца проверяйте соединительные клеммы и кабель. Если соединение ослабевает, система выбьет ошибку при повторном запуске. Некоторые модели выбивают «ошибку по перегрузу». Чтобы этого не произошло, проверьте места соединения штекеров, разъемы, винты в креплениях.

Придерживаясь этих простых правил, Вы увеличите срок эксплуатации и уменьшите вероятность поломки.

В каких случаях можно обойтись без частотника?

В промышленных условиях без него обойтись очень сложно. Например, конвейеры сборочного цеха без него не будут работать. Если их включить на номинальных оборотах — линия сломается, там необходимо регулирование скорости.

Та же история с распиливанием разных пород древесины на пилораме. Нужно подбирать скорость вращения фрезы по твердости древесины, ее качеству, толщине бруса и прочим факторам.

Частотник вряд ли будет стоить дороже обслуживающего оборудования, а увеличит срок его эксплуатации в несколько раз. Почему бы и не поставить?!

В бытовых условиях частотный преобразователь не такая острая необходимость, как в промышленности. Тем не менее есть случаи, когда без него не обойтись. Например, если у Вас стоит погружной насос за 1000$, то частотный преобразователь за 250$ будет как раз хорошим дополнением к нему. Он увеличит срок эксплуатации с 5 до 10 лет, а также сэкономит, как минимум 20-30% электричества.

Если у Вас стоит более бюджетный насос, который не жалко выкинуть через 5-7 лет поставьте лучше устройство плавного пуска. УПП дешевле и тоже уберет пусковые токи. Благодаря плавным пускам, оно увеличит срок эксплуатации насоса на 3-4 года.

Если водоснабжения с гидроаккумулятором в принципе нет особого смысла ставить частотник. Но, это как раз тот случай, когда он может быть дешевле, чем УПП и гидроаккумулятор вместе взятые (зависит от объема и производителя). Тем не менее он эффективнее выполняет свою функцию и занимает меньше места.

Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.