Преобразователи частоты — чем различаются исполнения по перегрузке, питанию и защите

Преобразователь частоты управляет асинхронным или синхронным двигателем, меняя частоту и напряжение питания. Внешне все исполнения похожи, а различаются они допустимой перегрузкой, схемой питания, классом защиты корпуса, набором встроенных защит и способом управления двигателем. Именно эти параметры, а не мощность в киловаттах, определяют, отработает ли преобразователь на конкретном механизме заданный ресурс.

Ниже — по каким признакам различаются исполнения, как соотносятся перегрузка и тип нагрузки, что проверяется в схеме питания и какие данные нужны для подбора.

Перегрузочная способность и тип нагрузки

Перегрузка указывается двумя числами: допустимый ток в процентах от номинального и время, в течение которого он допустим. Исполнения делятся на два класса, и мощность у них при одном и том же типоразмере разная.

• Насосно-вентиляторная нагрузка. Момент растёт вместе с квадратом скорости, пусковой момент невелик. Достаточно перегрузки порядка 110–120 % в течение минуты.
• Нагрузка с постоянным моментом. Конвейеры, дробилки, мешалки, экструдеры, подъёмные механизмы. Требуется 150 % в течение минуты, а для ударной нагрузки — 180–200 % в течение нескольких секунд.
• Тяжёлый пуск. Механизм с большим моментом инерции разгоняется дольше, и преобразователь должен выдержать повышенный ток весь разгон, а не несколько секунд.
• Частые пуски и остановы. Число циклов в час ограничивает выбор: греются силовые ключи и цепи предварительного заряда.

Из этого следует практическое правило подбора: преобразователь выбирается по току, а не по мощности двигателя. Один и тот же электродвигатель на 15 кВт в вентиляторе и в дробилке требует разных исполнений.

Сравнение исполнений

Схема питания и что в ней проверяется

1. Число фаз и напряжение. Однофазные исполнения на 220 В выпускаются до мощностей порядка 2,2 кВт; выше идут трёхфазные на 380–415 В. Отдельная группа — исполнения на 690 В для тяжёлого оборудования.
2. Просадки и перекос напряжения. При питании от протяжённой линии или от собственного генератора проверяется допустимый разброс напряжения по паспорту преобразователя; при частых просадках ставятся стабилизаторы и преобразователи напряжения.
3. Дроссели. Входной дроссель снижает искажения тока и защищает от коммутационных выбросов, выходной нужен при длинном кабеле до двигателя.
4. Длина кабеля до двигателя. Превышение допустимой длины приводит к перенапряжению на обмотках и ложным срабатываниям защиты. Допустимая длина указывается в паспорте и зависит от типа кабеля и наличия выходного фильтра.
5. Защита на вводе. Подбираются силовые автоматические выключатели или автоматы защиты двигателя и при необходимости контактор для отключения питания по сигналу безопасности.
6. Совместимость с устройствами защитного отключения. Преобразователь создаёт токи утечки; в цепи с дифференциальной защитой применяются устройства соответствующего типа с повышенным порогом.

Корпус, охлаждение и условия в цеху

• Класс защиты корпуса. Исполнения для установки в шкаф имеют минимальную защиту и рассчитывают на защиту шкафа; для открытой установки в цеху берут исполнения с повышенным классом.
• Рассеиваемая мощность. Ориентировочно 3–5 % от мощности привода уходит в тепло внутри шкафа. Отвод тепла считается по всей начинке шкафа, и для этого подбираются вентиляторы и теплообменники.
• Запылённость и агрессивная среда. Пыль на радиаторе снижает отвод тепла, влага и агрессивные пары разрушают платы. Применяются исполнения с покрытием плат или размещение в отдельном помещении.
• Температура и высота установки. Выше +40 °C и выше 1000 метров над уровнем моря вводится понижающий коэффициент по току — фактический запас уменьшается.
• Вибрация. Установка на раме механизма требует проверки допустимого уровня вибрации; при превышении преобразователь выносится в отдельный шкаф.

Встроенные защиты и управление

• Тепловая защита двигателя. Расчётная модель нагрева по току либо вход для датчика в обмотке. Для двигателя с независимым обдувом настройки модели меняются.
• Защита от обрыва фазы, перекоса и пропадания питания. Обязательна для механизмов, где остановка под нагрузкой недопустима.
• Контроль обрыва нагрузки и заклинивания. Позволяет остановить механизм до повреждения, а не после.
• Функции безопасного отключения момента. Нужны, когда привод входит в контур безопасности участка вместе с системой защиты.
• Интерфейсы связи. Подключение к программируемому контроллеру по промышленной сети снимает необходимость в аналоговых цепях задания и даёт диагностику.
• Питание цепей управления. Внешний источник на 24 В сохраняет управление при отключённой силовой части; подбирается из раздела промышленных блоков питания.

Ошибки при подборе

1. Преобразователь подобран по мощности двигателя без учёта типа нагрузки — на дробилке срабатывает защита по току при каждом заклинивании.
2. Не заложен тормозной резистор на механизме с большой инерцией, и при останове преобразователь отключается по перенапряжению в звене постоянного тока.
3. Превышена допустимая длина кабеля до двигателя без выходного фильтра.
4. Не учтено снижение допустимого тока при высокой температуре в шкафу.
5. Исполнение для установки в шкаф смонтировано открыто в запылённом цеху.
6. Не согласован тип дифференциальной защиты, и устройство отключает линию при каждом пуске.
7. Замена снятой с производства позиции подобрана по мощности: присоединительные размеры, набор клемм и параметры связи отличаются, и шкаф приходится переделывать.

Что прислать для подбора

• Тип механизма и характер нагрузки, требуемый диапазон регулирования скорости.
• Паспортные данные двигателя: мощность, ток, напряжение, схема соединения обмоток, наличие датчика температуры и обратной связи по положению.
• Число пусков в час и требуемое время разгона и торможения.
• Напряжение и число фаз питающей сети, характер просадок, наличие собственного генератора.
• Длину кабеля от шкафа до двигателя и его тип.
• Условия установки: шкаф или открытая установка, температура, запылённость, высота над уровнем моря.
• Требования к связи с контроллером и к функциям безопасности.
• Артикул установленной позиции, если подбирается замена.

Частые вопросы

Можно ли взять преобразователь мощностью на ступень выше вместо исполнения для тяжёлой нагрузки? Иногда это работает, но защиты и алгоритмы управления моментом настроены под другой режим. На механизмах с ударной нагрузкой запас по току не заменяет нужное исполнение.

Нужен ли выходной дроссель, если кабель короткий? При длине в пределах паспортного значения — нет. Дроссель добавляется, когда кабель длиннее допустимого, проложен в общем лотке с сигнальными цепями или двигатель старый, без усиленной изоляции обмоток.

Что происходит с преобразователем при пропадании питания на доли секунды? Поведение задаётся настройкой: остановка с выдачей ошибки, подхват вращающегося двигателя после восстановления или управляемый выбег. Для непрерывных линий настройка согласуется с технологией.

Обязательно ли ставить контактор перед преобразователем? Для частых пусков — нет, пуск выполняет сам преобразователь. Контактор нужен там, где по требованиям безопасности силовое питание должно отключаться физически.

Как подобрать замену снятой с производства позиции? Сверяются ток и перегрузка, напряжение питания, присоединительные размеры и глубина, набор клемм и интерфейсов, протокол связи с контроллером и параметры настройки. Совпадения мощности недостаточно.

Что мы делаем

Подбираем исполнение по типу нагрузки и току, считаем тормозные цепи и отвод тепла в шкафу, проверяем схему питания и защиту на вводе, подбираем замену снятым позициям по присоединительным размерам и параметрам связи, комплектуем шкаф целиком. В наличии преобразователи частоты, электродвигатели, редукторы и мотор-редукторы и остальные разделы промышленной автоматизации.

Пришлите тип механизма, паспортные данные двигателя и условия установки на prom@tkasiatorg.ru — подберём исполнение, посчитаем тормозные цепи и тепловой режим шкафа и дадим расчёт на комплект.