Про преобразователи частоты (ПЧ) слышали все, кто имеет дело с электрическими двигателями. Я постоянно имею с ними дело на работе, и вот дошли руки написать про реальную установку и настройку ПЧ. Предупреждаю – теория по работе и устройству ПЧ очень обширна, и если начать об этом рассказывать, статья получится огромной. А лучше, чем в официальной документации, мне не написать. Да и зачем?
Поэтому решил сразу перейти к делу, рассказав про реальное подключение преобразователя частоты на промышленном оборудовании. Речь пойдет о преобразователе Delta, но могу сказать, что всё сказанное относится и к преобразователям частоты Innovert, которые имеют аналогичную конструкцию и параметры.
Но всё же, немного теории для тех, кто немного не в курсе.
Содержание статьи:
Для чего нужен преобразователь частоты?
ПЧ – самое совершенное электронное устройство, через которое можно крутить асинхронный двигатель. Вот основные функции преобразователя частоты:
- Пуск/Стоп двигателя,
- Плавный разгон/замедление (торможение),
- Изменение рабочей скорости от 0 до 100% и выше номинала,
- Защита двигателя (их несколько – по току, температуре и др.),
- Реверс,
- Несколько вариантов управления (дискретное, аналоговое, по программе – от кнопок, реле, потенциометров, датчиков, контроллера, и т.д.).
Преобразователь частоты имеет несколько названий, которые используются на равных условиях:
- преобразователь частоты (ПЧ) – официальное название, его использует большинство производителей в своей документации,
- частотный преобразователь (ЧП),
- частотник – можно считать жаргоном, но в разговоре употребляется наиболее часто,
- инвертор,
- Inverter, Frequency Converter (FC), Variable Frequency Drive (VFD) – на английском.
Все эти названия могут использоваться в других сферах, поэтому иногда нужно уточнять. Что касается темы статьи, наша сфера – подключение преобразователя частоты для трехфазных асинхронных двигателей.
Конечно, асинхронный двигатель можно не только через ПЧ, для этого есть несколько различных устройств. По подключению двигателей у меня много статей, вот основные:
- Схемы подключения трехфазного электродвигателя
- Схемы подключения магнитного пускателя
- Подключение двухскоростного асинхронного двигателя
- Схемы подключения двигателя “Звездой” и “Треугольником”
- Реле для управления двигателем по схеме “Звезда-Треугольник”
- Мягкий пускатель (софтстартер) – устройство и применение
- Устройство плавного пуска (УПП) электродвигателя. Пример применения
- Описание работы схем на реле и контакторах
Схема включения и работа преобразователя частоты
Схема включения ПЧ, если очень просто, выглядит так:
Для чего тут эта элементарная схема? – спросите вы. Тем не менее, есть инженеры-электронщики, которые нарисовать её не смогут.
Она может быть ещё проще, если убрать внешнее управление. Ведь управлять ПЧ можно непосредственно с передней панели.
Работа преобразователя частоты, если говорить о приведенной выше схеме, описывается просто: Три фазы на входе, три фазы на выходе. На входе три фазы имеют, как правило, линейное напряжение 380 В с частотой 50 Гц. В зависимости от типа подключенного двигателя, линейное напряжение на выходе изменяется от 0 до 380 В, при этом выходная частота зависит от напряжения, и может меняться от 0 до 100 Гц и более (там уже не выдерживает механика). Как зависит частота от напряжения, описывает вольт-частотная характеристика, которая в простейшем случае будет линейной:Этот график – ключевой для понимания принципа работы преобразователя частоты и его настройки. Обратите внимание – на вольт-частотной характеристике приведены названия основных точек и номера параметров.
Конечно, в таких делах очень много нюансов, но не буду вдаваться в подробности. Если нужно много теории и принципов работы ПЧ – в конце статьи будет что скачать и почитать. В том числе мою обзорную статью в журнале.
На этом введение можно закончить. Дальше будет пример подключения ПЧ, там я на практике покажу, какие параметры я настраиваю и почему.
Для чего понадобился ПЧ
Ко мне обратился старый знакомый с обувного производства. Ему для предпродажной подготовки женских сапог требуется операция полировки, чтобы сапоги блестели.
Кстати, я уже делал у него пресс горячего тиснения, где установил регулятор температуры ФиФ. Теперь на сапогах можно получать красивые изображения.
Станок для полировки был в отвратительном состоянии, но его удалось привести в чувство, перебрав советские контакторы и подсоединив двигатели.
Тем не менее, для качественной обработки поверхности кожи было предпочтительно, чтобы линейная скорость полировки могла меняться. Кроме как ПЧ, другими способами это сделать невозможно. Замена шкивов не рассматривалась – скорость нужно менять оперативно и без инструментов.
В результате я установил преобразователь частоты Delta. Подключил и настроил его так, что можно менять обороты подключенного через него двигателя нажатием кнопок на панели управления. Дальше – подробности.
Устройство станка, перед установкой ПЧ
Итак, вот, что мы имели исходно:
В станке два двигателя – вытяжка пыли и привод полировки.
Слева на фото – вводной автомат и контакторы. Это вся схема станка.
Ещё есть три кнопки управления – Пуск вытяжки, Пуск полировки, Стоп:
Вытяжка нас не касается, хотя кнопки для её включения я устанавливать буду. А двигатель полировки подключим через ПЧ.
При подключении ПЧ очень важно знать параметры двигателя. Загвоздка была в том, что на шильдике информация у него не читалась. Ведь настраивается единый привод, а это связка ПЧ+двигатель.
Забегая вперед скажу, что по внешнему виду двигателя я определил, что это движок на 3000 об/мин, а измерением тока и испытаниями я понял, что мощность двигателя – 1 кВт.
Вспомнил, что по двигателям у меня есть ещё статья – что такое пусковой ток двигателя, и как его узнать.
Установка и подключение преобразователя частоты
Теперь расскажу и покажу пошагово, как я смонтировал частотник.
Для начала приготовил переднюю панель.
Панель изготовил из текстолита. На панели будут закреплены кнопки с НО и НЗ контактами (без фиксации), и вольтметр в качестве тахометра.
Если говорить просто, вся переделка заключалась в том, что я выкинул контактор и поставил преобразователь частоты Delta, на 1,5 кВт:
Честно говоря, 1,5 кВт – многовато, то есть, ПЧ я выбрал с большим запасом (почти в 2 раза). Меньше мощность найти не удалось. Тем лучше с электрической точки зрения – запас карман не тянет.
Фото установки преобразователя частоты:
Знаю, что монтаж выполнен не идеально, хорошо бы использовать наконечники и бандажи на провода, но давайте не будем об этом…
Ноль в питании станка и частотника не используется, приходит только 3 фазы и земля (PEN проводник).
Не берите с меня пример – от РУ защитный проводник должен приходить на РЕ шину, и с каждой отдельной клеммы – отдельно на клемму ПЧ, на корпус, и ещё куда надо.
Что получилось
В итоге панель управления приобрела такой вид:
Наклейки на кнопки я сделал при помощи программы Splan и самоклейки по методике, описанной в статье Моя эволюция маркировки.
Как всё работает, будет понятнее, если я приведу электрическую схему.
Схема подключения преобразователя частоты
После переделки вся схема станка, содержащая два привода, имеет вид:
Первым делом скажу, что если делать всё по уму, то надо обеспечить защиту по входу – поставить быстродействующие предохранители или, на худой конец, автоматы с характеристикой “В”. Но что есть, то есть – из защиты только советский 3п С6.
Приводы вытяжки и полировки имеют две общих части – питание и кнопку “Стоп”. Кнопка “Стоп” (SB3) имеет два электрически независимых контакта, которые останавливают оба привода сразу.
Особо придирчивые читатели обязательно упрекнут меня в моих словах, что “ноль в питании станка не используется”. Но у меня готов ответ)))
Привод вытяжки подключен по классической схеме с самоподхватом, о которой я писал неоднократно. Ссылки – в начале статьи.
Рассмотрим поближе то, что нас интересует – схему подключения ПЧ:
По силовой части я уже говорил, там всё просто.
По части управления. На схеме обозначены названия клемм, их видно и на фото установки. Чтобы вся схема работала правильно, все эти клеммы нужно правильно запрограммировать, без этого в подключении ПЧ никуда. Поэтому настройка ПЧ и его подключение – два неразрывно связанных понятия.
По настройке и подключению ПЧ читайте также мою статью про установку частотника в станок для резки труб.
Далее буду говорить применительно к конкретному ПЧ (инструкция в конце статьи).
Перед настройкой ПЧ желательно вернуть его параметры к заводским настройкам (по умолчанию), особенно, если он где-то уже использовался. Все параметры, которые я менял, сведены в таблицу:
Таблица параметров ПЧ | |||||
Номер | Название | Значение | Описание значения | ||
00,03 | Отображаемый на дисплее параметр при подаче питания | 1 | Фактическая выходная частота | ||
01,00 | Максимальная выходная частота Fmax | 60 Гц | Ограничение регулировки сверху | ||
01,01 | Частота максимального напряжения | 50 Гц | Номинальная частота двигателя | ||
01,08 | Нижний предел выходной частоты | 30 % | Ограничение частоты снизу (от Fmax=60Гц это 18Гц) | ||
02,08 | Скорость изменения частоты | 0,1 | Работа кнопок Больше/Меньше | ||
03,04 | Коэффициент усиления аналогового выхода | 103 % | Коррекция показаний вольтметра | ||
03,08 | Режим работы встроенного вентилятора | 3 | При нагреве ПЧ | ||
04,04 | Режим управления Пуск/Стоп | 2 | Трехпроводная схема без фиксации | ||
04,06 | Функция входа MI4 | 11 | Уменьшить выходную частоту | ||
04,07 | Функция входа MI5 | 10 | Увеличить выходную частоту | ||
06,01 | Токоограничение при разгоне | 100 % | Защита ПЧ | ||
06,02 | Токоограничение при работе | 90 % | Защита ПЧ | ||
06,03 | Защита от превышения момента (OL2) | 2 | Защита ПЧ | ||
06,04 | Уровень перегрузки OL2 | 100 % | Защита ПЧ | ||
06,06 | Тепловое реле защиты двигателя (OL1) | 0 | Режим для стандартного двигателя | ||
07,00 | Номинальный ток двигателя (1 кВт) | 2,2 | Для работы теплового реле 06,06 |
Такую таблицу настроек очень полезно иметь в документации к любому ПЧ – это поможет в обслуживании, настройке и ремонте. У нас на предприятии это входит в состав документации на оборудование.
Двигатель в работе на номинальной мощности не используется – ведь полировка это очень нежный процесс. Поэтому нагрева и тем более перегрузки ни у двигателя, ни у частотника не ожидается. Ток двигателя на низких частотах, до 30 Гц – до 1,5 А (падает КПД), на высоких, до 60 Гц – до 1 А.
Индикация скорости
А что, так можно было?
Крутая фишка многих ПЧ – выходные дискретные и аналоговые клеммы. На них можно запрограммировать множество событий. Например, в статье про установку ПЧ в лентопильный станок (труборезку) я рассказал, что выходное реле замыкается по достижении целевой частоты и дает сигнал на следующую функцию.
Тут я использовал аналоговый выход для индикации оборотов двигателя. Для этого установлена функция аналогового выхода “Индикация выходной частоты” (параметр 03.03 = 0). При этом максимальная частота 60 Гц соответствует напряжению 10 В. Я немного скорректировал показания вольтметра (на 3%) в параметре 03.04.
Таблица скоростей ПЧ | ||
Показания вольтметра | Вых. Частота | Обороты двигателя |
3,4 | 20 | 1200 |
5,1 | 30 | 1800 |
6,8 | 40 | 2400 |
8,4 | 50 | 3000 |
9,3 | 55 | 3300 |
10 | 60 | 3600 |
Выходное аналоговое напряжение подается на вольтметр постоянного напряжения с пределом 30 В. В результате оператор станка на индикаторе наблюдает число, которое однозначно соответствует скорости полировки.
Видео
Дополнительная информация от коллег. Рекомендую посмотреть, увлекательно и познавательно!
Скачать
Как и обещал, выкладываю для скачивания материалы по теме.
• 4_82__2018_Elec VFD Samelectric.ru / Обзорная статья в журнале \"Электротехнический рынок\" от автора блога СамЭлектрик.ру про преобразователи частоты - устройство, назначение и примеры применения в промышленном оборудовании., pdf, 516.2 kB, скачан: 1831 раз./
• Manual VFD-EL_UM_RU_2016 / Руководство по эксплуатации на частотник Дельта, о котором идет речь в статье, pdf, 8.41 MB, скачан: 1864 раз./
• VFD Danfoss manual / Просто о сложном. Популярная книга про устройство и принципы работы преобразователей частоты и асинхронных двигателей., pdf, 2.36 MB, скачан: 2557 раз./
• Соколовский. Учебник по ПЧ для вузов / Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебник, zip, 2.26 MB, скачан: 2061 раз./
• Сандлер, Сарбатов. Частотное управление. / Сандлер, Сарбатов. Частотное управление асинхронными двигателями, Библиотека по автоматике, 1966 г. Старая советская книжка, но очень хорошо расписана теория, zip, 1.53 MB, скачан: 2031 раз./
• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника.
Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники.
Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача.
Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники.
Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике.
Эта книга - отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 5054 раз./
Ещё пособие по двигателям:
• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 3915 раз./
А вот моя статья на Дзене – с чего начать изучение частотников?
На этом всё! Двигатель крутится, обувь полируется, а женщины радуют нас своими ножками в блестящих сапожках! Буду рад вопросам и обмену опытом в комментариях!
Спасибо, интересно.
С частотниками дело имею, но стараюсь обходить стороной)..
Спасибо за статью, со всем уже знаком, но все равно интересно. Оператору поначалу будет трудно сопоставлять напряжение с оборотами двигателя, особенно в первое время. У Овена есть прибор ИТП-14, в районе 2500р. По сравнению с вольтметром с Алиэкспресса намного дороже, но можно масштабировать показания, что удобно для оператора станка.
Оператору не нужно знать про обороты двигателя, это лишняя информация.
Ему выдаются обороты по шкале от 0 до 10, это вполне достаточно. Как градуировка потенциометра.
Они составили себе табличку, и работают)))
Соглашусь, можно и так работать. Забыл почему-то про Ардуино и дисплей, вместо Овенского прибора. Только встает вопрос насколько надежно он будет работать рядом с ЧП.
Добрый день Александр!
Очень полезно и познавательно. Как связаться с Вами?
Спасибо!
Связаться легко, через страницу Контакты.
Обороты электродвигателя определить по внешнему виду, честно говоря, не могу. В случае, если шильдик затерт или вообще отсутствует, можно определить типоразмер, по которому из соотношения мощность/количество оборотов реально определить что-то одно: к, примеру, мощность, если известна синхронная скорость. А скорость определяется по числу пар полюсов статора (расположению катушек обмотки статора): 2 пары полюсов – стороны катушек обмоток в диаметральных пазах и т.д. Снимается передний подшипниковый щит и определяете визуально. Заодно и ревизию электродвигателя выполните. Судя по фото, электродвигатель серии 4А и шильдик читаем.
Ну а качество монтажа и приведенных схем достойно отдельного комментария.
Подскажите, пожалуйста, марки проводов для подключения двигателя к частотному преобразователю.
Особо роли не играет, если длина небольшая (15-20 м) и нет требований к помехозащищенности.
Друзья, если интересна тема ПЧ, рекомендую.
Статья с фото и схемами, как делается сейчас идеальное применение преобразователя частоты.
Статья будет полезна всем, кто имеет дело с преобразователями частоты и двигателями на производстве. И тем, кто интересуется электросхемами (будет подробный разбор).
Шикарен пример с точки зрения простоты и понятности для начального уровня. Для тех, кто начинает изучать эту тему, у меня на Дзене есть статья ПЧ: с чего начать изучение.
https://zen.yandex.ru/media/samelectric/primenenie-pch-shikarnyi-primer-5ef87112c85bc814e90103f6
Фото к статье.