Перетворювачі частоти для асинхронних і двигунів змінного струму

Науково-технічний прогрес останніх 20 років і збільшення вартості енергоресурсів зумовили появу в промисловості і побуті нових технологій, що дозволяють не тільки отримати нові виробничі й технологічні можливості, але й значно зменшити енергоспоживання.

Одним із пристроїв, що забезпечує рішення цих завдань, є електронний перетворювач частоти, який дозволяє регулювати швидкість і обертаючий момент двигунів змінного струму.

Такі перетворювачі розроблені з використанням останніх досягнень керуючої мікропроцесорної техніки, силових напівпровідникових елементів (IGBT) і програмного забезпечення.

Компанія «Кабель-Інвест» представляє перетворювачі частоти виробництва General Electric для керування двигунами змінного струму.

Пристрої цього типу виробництва найбільшого в світі транснаціонального концерну “General Electric”, як і всі інші види електротехнічної продукції цього світового бренду, відрізняються високою надійністю і довговічністю. Крім того, в останні роки відбулося зниження їх ціни до рівня, що дозволяє широке поширення перетворювачів частоти в різних регульованих електроприводах змінного струму.

Деякі області застосування регульованих електроприводів змінного струму в промисловості:

1. Насоси-дозатори. Регулювання продуктивності насосів здійснюється шляхом зміни швидкості обертання двигуна, що дозволяє автоматизувати технології виробництва різних композитних речовин і матеріалів.
2. Насоси для гарячого і холодного водопостачання в комунальному господарстві і виробництві. Система регулювання служить для підтримки постійного тиску в системі водопостачання. Потрібно встановити датчик тиску, насос і перетворювач, в якому знаходиться вся необхідна автоматика. Один перетворювач управляє системою до 6 насосів, причому один насос є регульованим (від 0 до номінальної швидкості), а інші підключаються по мірі необхідності, в залежності від витрати води. Система економить до 50 % електроенергії, збільшує термін служби насосів і магістралей.
3. Кранове обладнання, конвеєри, лебідки, транспортери. Використання частотного керування забезпечує значну економію електроенергії, високу надійність і якість (плавність роботи механізмів. Використовуючи звичайний загальнопромисловий асинхронний двигун, можна забезпечити плавний пуск і регулювання швидкості руху як на спуск, так і на підйом при стабільній швидкості, що не залежить від навантаження.
4. Екструдери, шнекові, барабанні та ін. машини. Регулювання швидкості і обертального моменту забезпечує поліпшення якості виробленої продукції, економію електроенергії та підвищення продуктивності.
5. Установки промислового холоду, компресори. Плавне регулювання продуктивності забезпечує значну економію електроенергії з одночасним підвищенням якості роботи установок – збереження стабільних температурних умов в холодильній камері.
6. Дерево - і каменеобробка – регулювання та оптимізація швидкості привода верстатів забезпечує поліпшення якості обробки, підвищення терміну служби інструменту і якості продукції.
7. Подаючі та приймальні пристрої в кабельній, папероробній та друкованій промисловості, виробництві плівкових матеріалів. Частотне керування дозволяє забезпечити якість продукції в умови змінних параметрів і асортименту вироблених матеріалів.
8. Елеватори - автоматичне енергозберігаюче регулювання умов зберігання зернових культур, вентиляція птахофабрик, і т. п.

Цей список можна продовжити, так як галузі використання частотно-регульованих приводів постійно розширюються, витісняючи регульовані приводи постійного струму, володіють низькою надійністю і іншими відомими недоліками які органічно притаманні двигунам постійного струму.

Заміна морально застарілого приводу постійного струму - загальносвітова тенденція в області регульованого приводу. В Україні, за оцінками фахівців, до 2010 року обсяг частотно-регульованих приводів складав 10 % від загального обсягу реалізації асинхронних двигунів. Іншими словами, недалекий той час, коли буде потрібно обгрунтування застосування нерегульованого асинхронного двигуна, на противагу регульованому.

Електротехнічна компанія “Кабель-Інвест” є представником транснаціональної корпорації “General Electric” в Україні і пропонує замовникам широкий спектр електротехнічної продукції, а також виконання інженерних проектів по регульованих електроприводів і автоматизації виробничих процесів.

Ми програмно і апаратно забезпечуємо необхідні характеристики електроприводу, комплектуємо додатковими опціями і поставляємо зі складу в Києві сучасні перетворювачі частоти для регулювання швидкості обертання асинхронних двигунів серій VAT20, VAT200, VAT2000, VAT300 і новітню серію AF-6 (AF-60LP, AF-600FP, AF-560GP) виробництва "General Elec-tric" для плавного регулювання частоти обертання асинхронних двигунів. Інженерний центр компанії "Кабель-інвест" виконує передпродажні випробування приводів і індивідуальне програмування їх процесорів відповідно до завдань фахівців замовника, що заповнили наш Опитувальний Лист, а також поставку комплектних систем автоматичного управління. Таким чином, замовники отримують випробуваний нами і готовий до підключення привід ("plug & play") c введеними в процесор перетворювача основними параметрами.

Наша Компанія має більш ніж 15-ти років досвіду успішної роботи з такими пристроями, поставила, ввела в експлуатацію і здійснювала технічне обслуговування приблизно 2000 перетворювачів частоти різних типів у різних галузях промисловості України.

Розробникам інноваційних серій VAT20, VAT200, VAT200, VAT2000 і AF-6 вдалося створити концептуальне високотехнологічне обладнання, яке конкурентоспроможне за ціною при традиційно високому рівні якості, функціональної оснащеності та надійності виробів з брендом “General Electric”, а набір їх функціональних можливостей дозволяє вирішувати інженерно-виробничі завдання практично будь-якої категорії складності.

Корпуси перетворювачів частоти виконані з пластику, що не містить діоксини і не підтримує горіння, тобто екологічно безпечні при екстремально високих температурах.

Виключно суворі вимоги до якості і параметрів електронних компонентів, досконалості програмного забезпечення та технології виробництва електронного обладнання “General Electric” є основою для досягнення високих показників надійності та якості роботи продукції цього всесвітньовідомого бренду. Тому від українських фахівців, що працюють з перетворювачами частоти "General Electric", наша Компанія отримує тільки позитивні відгуки.

Рис. 1. Серія VAT2000.	Рис. 2. Серія VAT200.

Основні характеристики перетворювачів

1. Перетворювачі VAT2000

Серія трифазних високопродуктивних перетворювачів VAT2000 нового покоління (Рис. 1.) має діапазон потужностей від 0,4 кВт до 370 кВт і скалярний/векторний алгоритми регулювання швидкості двигуна. В системі управління використовується новітній 32-розрядний мікропроцесор.

Перетворювачі потужністю до 18,5 кВт виконані зі ступенем захисту IP20, від 22,0 кВт до 370 кВт – ступінь захисту IP00. Робочий діапазон температур – від -10°С до +50°С, вологість - до 95% без конденсату. Вбудована панель оператора з контрастним (червоного кольору) пятиразрядным світлодіодним дисплеєм виконана зі ступенем захисту IP54 і забезпечує можливість налаштування приводу.

Крім того, сімейство перетворювачів VAT2000 має функцію автоматичного визначення параметрів двигуна і самонастроювання. Для діапазону потужностей від 0,4 до 7,5 кВт включно перетворювачі мають вбудовані блоки динамічного гальмування з гальмівними резисторами.

Перевантажувальна здатність перетворювача (по струму), при роботі в режимі, з незалежних від швидкості обертання моментом становить 150% протягом 1 хв, а для привода вентилятора або насоса - складає 120% протягом 1 хв. При цьому використовується попередній у ряду потужностей перетворювач частоти. Наприклад, для відцентрового насоса (або вентилятора) з електродвигуном потужністю 30 кВт потрібно перетворювач частоти серії VAT2000 потужністю 22 кВт.

Вихідна частота може змінюватися в діапазоні від 0 до 440 Гц для режиму скалярного (“U/F”) управління або від 0 до 120 Гц для режиму векторного керування з дискретністю 0,01 Гц. При цьому точність її підтримки при цифровому налаштуванні становить ±0,01%. При використанні аналогового задатчика частоти (аналогового входу) точність складе ±0,1% в діапазоні температур від +15°С до +35°С.

При налаштуванні перетворювача користувачем може бути обраний один з наступних режимів роботи приводу:

• скалярне управління - постійне співвідношення напруги до частоти, контроль моменту вручну або автоматично
• векторне управління, як зі зворотними зв'язками, так і без них. При використанні приводу в режимі безсенсорного векторного управління точність підтримки швидкості становить 0,5%.

Частота ШІМ може бути обрана з діапазону 1-15 кГц, а також може визначатися приводом автоматично.

Всі перетворювачі сімейства VAT2000 мають:

• три дискретних входи з фіксованими функціями, шість дискретних програмованих входів;
• три виходи з відкритим колектором, два релейних виходи, всі програмовані;
• три аналогових входи з роздільною здатністю 12 біт АЦП (0-5V, 1-5V, 0-10V, ±10V, 0-20 мА, 4-20 мА), програмовані, можлива установка потенціометра в якості зовнішнього задатчика швидкості;
• два аналогових виходи, програмовані.

Серія VAT2000 має ряд вбудованих захистів: перевантаження з моменту навантаження, перевантаження по струму, перенапруги, збої в системі заземлення, перевищення робочої температури і т. д. (всього 14). Всі помилки записуються в журнал і зберігаються в пам'яті перетворювача.

Для управління насосними станціями приводу мають спеціальний режим роботи, який дозволяє керувати одним приводом одночасно до 6 насосів при їх роботі на загальну магістраль в режимах підтримки постійного тиску.

Для економії електроенергії передбачена спеціальна функція, яка передбачає зміну вихідної напруги при неповному завантаженні двигуна на холостому ходу.

Для уникнення потрапляння приводячого в рух механізму в резонанс можливе виключення певного діапазону вихідних частот. У цьому режимі привід «перестрибує» через зазначену резонансну смугу частот.

Крім того, можлива настройка до десяти послідовних дій, які привід буде циклічно повторювати, використовуючи, наприклад, спеціальні функції, необхідні для роботи в текстильній промисловості. Можлива установка до десяти спроб приводу вийти на нормальний режим роботи після виникнення помилки з можливістю завдання часу між спробами.

Додатково встановлювані блоки (опції):

• заклади сигналу зворотного зв'язку (ОС) з енкодерного датчика швидкості 20/60 кГц;
• заклади ОС з енкодерного датчика швидкості 250 кГц;
• заклади ОС датчика швидкості 250 кГц, фаз A, B, Z, U, V, W для двигуна з постійними магнітами;
• чотири додаткових дискретних входи, два релейних виходи, всі програмовані;
• завдання частоти паралельно 4/8/16 бітами даних (з контролера);
• порт RS-232/RS-485;
• стандартний інтерфейс Profibus DP;
• три додаткових аналогових входи з роздільною здатністю 15 біт;
• запам'ятовування до 30 попередніх параметрів приводу і двигуна (що зручно при налагодженні) і два аналогових додаткових виходу з роздільною здатністю 11 біт.

2. Перетворювачі VAT200

Серія міні-приводів останнього покоління VAT200 (Рис. 2.) має діапазон потужностей від 0,4 kW до 55 kW і векторний алгоритм регулювання швидкості двигуна. Однофазні по живленню перетворювачі мають потужність до 2,2 kW.

Приводи виконані зі ступенем захисту IP20. Робочий діапазон температур – від -10°С до +50°С, вологість до 95% без конденсату. Вбудована панель оператора з LED-дисплеєм і аналоговим регулятором швидкості виконані зі ступенем захисту IP54 і забезпечує можливість налаштування приводу. Крім того, сімейство перетворювачів VAT200 має функцію автоматичного визначення параметрів двигуна і самонастроювання.

Перевантажувальна здатність, при використанні в режимі роботи з незалежних від швидкості обертання двигуна моментом, становлять 150% протягом 1 хв, для режиму використання в якості привода вентилятора або відцентрового насоса (використовується попередній в ряду потужностей привід) становить 120% протягом 1 хв.

Вихідна частота може змінюватися в діапазоні 0-650 Гц з дискретністю 0,01 Гц. При цьому точність її підтримки при цифровому налаштуванні становить ±0,01%. При налаштуванні приводу користувачем може бути обраний один з наступних режимів роботи приводу: постійне співвідношення напруги до частоти, контроль моменту, векторне управління, як зі зворотними зв'язками, так і без них. При використанні приводу в режимі векторного управління точність підтримки швидкості становить 0,5%.

Частота ШІМ може бути обрана з діапазону 2-16 кГц, а також може визначатися приводом
автоматично.

Всі приводи сімейства VAT200 мають:

• сім багатофункціональних програмованих входів (28 функцій);
• три багатофункціональних програмованих виходи;
• два аналогових входи з роздільною здатністю АЦП 10 біт (0-5В, 5-0В, 0-10В, 10-0В, 4-20 мА, 20-4 мА), програмовані, можлива установка потенціометра зовнішнього задатчика швидкості;
• програмований ПІД - регулятор, для роботи в системах автоматичного управління;
• вбудований блок динамічного гальмування;
• вбудований ЕМС - фільтр захисту від радіоперешкод класу А.

Серія VAT200 має ряд вбудованих захистів: перевантаження по струму, перенапруження, збої в системі заземлення, перевищення робочої температури і т. д. Всі помилки записуються в журнал і зберігаються в пам'яті перетворювача.

Для економії електроенергії передбачена спеціальна функція, яка передбачає зміну вихідної напруги при неповному завантаженні двигуна на холостому ходу.

Для уникнення потрапляння проводячого в рух механізму в резонанс можливе виключення певного діапазону вихідних частот. У цьому режимі привід «перестрибує» через зазначену резонансну смугу частот.

Крім того, можлива настройка послідовних дій (робота за шаблоном), які привід буде циклічно повторювати.

Головна “родзинка” перетворювача VAT200, на відміну від усіх присутніх на ринку пристроїв, полягає в можливості управління від вбудованого програмованого логічного контролера (PLC), який дозволяє на основі даного пристрою будувати надійні системи автоматичного керування без застосування додаткових контролерів, що значно здешевлює системи, спрощує їх монтаж, налагодження та обслуговування і підвищує перешкодозахищеність. Вбудований PLC має ті ж функції і блоки, що і окремі контролери (компаратори, лічильники, таймери, енкодери і т. д.), в той же час він може керувати режимами двигуна безпосередньо, тоді як окремі контролери керують двигуном через АЦП перетворювача частоти, що значно погіршує якість регулювання. Це дуже цінна і поки ще унікальна властивість ставить перетворювачі частоти серії VAT200 в винятковий ряд обладнання для ефективного застосування в верстато - і машинобудуванні.

Перетворювачі частоти серії VAT200 комплектуються необхідним програмним забезпеченням для управління від персонального комп'ютера, як перетворювачем, так і вбудованим PLC, а також кабелем інтерфейсу RS232/485.

3. Перетворювачі VAT20

Мікропотужні перетворювачі частоти цієї серії призначені для керування швидкістю трифазних асинхронних двигунів потужністю від 0,2 до 2,2 кВт для простих застосувань. Мають вбудований пульт і дисплей, клас захисту IP20 або IP65, вбудований ЕМС-фільтр для заводських умов (клас А), робочий діапазон температур – від -10°С до +50°С, вологість до 95% без конденсату.

Застосовуваний у серії VAT20 спосіб регулювання - скалярний, з синусоїдальною широтноімпульсною модуляцією. Регулювання частоти від 0 до 200 Гц з роздільною здатністю 0,1 Гц за завданням частоти. Має малі габарити.

Гарантійний термін обслуговування обладнання "General Electric" становить 12 місяців. Каталоги, технічні описи та інструкції з експлуатації, форма Опитувального Листа для замовників та інша технічна інформація про перетворювачів частоти виробництва "General Electric" для керування асинхронними електродвигунами представлена на нашій веб-сторінці: Документація по перетворювачів частоти

 

Автор
Цвілій Сергій Леонтійович - директор ТОВ «Кабель-Інвест»