Выбор преобразователя частоты (частотный преобразователь).

С преобразователем частоты может работать не всякий двигатель. И да и нет. Дело здесь в двух параметрах - охлаждении и классе изоляции.

Начнем с охлаждения: стандартный асинхронный двигатель имеет вентилятор на своем валу, рассчитанный так, чтобы обеспечить достаточное охлаждение при номинальном токе на номинальной скорости и при максимально допустимой температуре окружающей среды. Однако в реальных условиях при работе с преобразователем частоты все эти параметры могут отличаться от указанных значений. Поэтому условие допустимости работы формулируется иначе: если вентилятор успевает отводить выделяющееся тепло, то работать можно, а если нет - надо ставить вентилятор с независимым питанием или использовать специальный двигатель, имеющий такой вентилятор. (Очень похоже на охлаждение двигателя автомобиля летом - если едем быстро, то хоть в гору, не перегреемся, а вот на холостом ходу в пробке двигатель может и «закипеть».) Теперь прикинем, сможет ли штатный вентилятор охладить наш двигатель.




Причина выделения тепла одна - ток. А ток зависит от нагрузки. Если по мере снижения скорости снижается и момент нагрузки, то можно не волноваться. Обычно это характерно для насосов и вентиляторов, так что в этом случае о проблеме можно забыть.

Если же нагрузка постоянна во всем диапазоне используемых скоростей, то от головной боли нас может спасти один из следующих случаев:

- двигатель работает на пониженной скорости недолго (до 2-3 минут), а потом либо работает на номинальной скорости, либо стоит, успевая за это время остыть до приемлемой температуры. Здесь много дополнительных факторов - соотношение времени работы на пониженной и на номинальной скорости, степень снижения скорости и т. д.

- двигатель выбран с большим запасом, и ток намного ниже номинального, соответственно тепла выделяется мало.

- окружающая температура существенно ниже допустимой для данного двигателя.
Обычно в наличии одно-два из этих условий, а иногда и все три. Пока преобразователя нет, можно точно рассчитать только циклограмму работы двигателя (зависимость скорости и нагрузки от времени) и показать ее продавцу.

После установки преобразователя проведите дополнительную проверку - установите на двигатель термометр и измеряйте температуру в течение нескольких циклов работы, пока процесс не установится. Сравнивайте максимальное значение температуры с допустимой температурой для данного двигателя (по техническим характеристикам двигателя, а не по опыту дяди Васи, для которого 70 градусов - предел). Кстати, вам в этом может помочь и сам преобразователь, поскольку у него часто есть так называемая тепловая модель, и он «знает» температуру двигателя и может отключить его при перегреве. Только не забудьте настроить параметры этой тепловой модели. Если результат проверки неутешителен, то придется устанавливать вентилятор, однако это приходится делать не очень часто. С изоляцией все проще. Лет пятнадцать назад преобразователи имели достаточно серьезные скачки напряжения на выходе, приводившие к ускоренному износу изоляции, что и определило требование использования специальных двигателей. Современные преобразователи частоты почти избавились от этой болезни, поэтому для систем с питанием до 1000 В можно использовать стандартные двигатели. Дотошного читателя я отошлю к рекомендациям «Газпрома» по выбору частотно-регулируемого привода (издание ВРД 39-1.10-052-2001), основанным на экспериментальных исследованиях.




Двигатель при работе с преобразователем частоты подвержен повышенному износу. Действительно, возможно некоторое повышение износа из-за механических резонансных явлений и повышения средней температуры, но оно с лихвой окупается смягчением переходных процессов пуска и своевременным отключением при неноминальных режимах, так что двигатель ваш будет жить долго и счастливо (у спокойного водителя машина служит дольше, чем у владельца, предпочитающего спортивный стиль вождения).

При работе с преобразователем частоты можно разогнать двигатель намного выше его номинальной скорости. Вообще-то, да, но не все так просто. Чтобы не спорить с физикой, выше номинальной скорости регулирование должно идти по принципу постоянства мощности, поэтому момент нагрузки нужно снижать пропорционально увеличению скорости. Например, если пилу по окончании процесса нужно вернуть в исходное положение, то скорость можно и увеличить - нагрузки практически нет. А если хочется увеличить производительность при пилении, то нужно быть осторожным - нельзя превышать мощность привода. Например, если вы хотите повысить скорость на 10%, то допустимый ток должен на 10% снизиться. Контроль опять-таки по температуре двигателя. И не забудьте про остальные параметры процесса - нагрузку на рабочий орган и вспомогательные механизмы, качество распила и т. д.
Нужно еще учитывать механические возможности двигателя - допустимую скорость для подшипников, балансировку ротора, резонанс и т. д. Это как форсировка двигателя автомобиля - едем-то быстрее, но какой ценой? И про гарантию производителя двигателя можно забыть. Впрочем, для нас это неактуально. В любом случае работа на повышенных скоростях - на ваш страх и риск.

Приобретение преобразователя частоты очень долго окупается. Сначала надо определиться с понятием «очень долго». На Западе приемлемым сроком окупаемости считается 5-10 лет. Для России это пока неприемлемо, и мы считаем хорошей цифрой два года.
Теперь перечислим те качества преобразователя частоты, благодаря которым он будет окупаться:

- экономия электроэнергии. Единственный параметр, хорошо поддающийся расчетам. Есть много методик, приводить их не буду. Экономия может достигать 70%, обычное значение на насосах и вентиляторах с переменной нагрузкой - 20-30%. Это дает срок окупаемости от полугода до 2 лет;

- улучшение технологии. Здесь считайте сами - разница в качестве и количестве продукции может быть весьма значительной;

- уменьшение межремонтного периода. Поскольку механизм переходит на работу в щадящем режиме, то плановых и неплановых простоев будет намного меньше, а стоимость простоя равна стоимости недовыпущенной продукции плюс зарплата ремонтного персонала, плюс стоимость запчастей, плюс...

- прогнозирование отказов. Если преобразователь начинает давать какие-то предупреждения или отключать двигатель, то это повод для того, чтобы разобраться в причинах и сделать профилактику в удобное время, не дожидаясь аварии и соответствующих потерь (если загорелась лампочка низкого уровня масла на приборной панели автомобиля, то это не повод для остановки, но при первой возможности масло надо долить);




- стоимость оборудования, вместо которого покупается преобразователь. Если для выполнения тех же задач можно купить другую технику (вариатор, редуктор, многоскоростной двигатель и т.п.), то окупать надо не всю стоимость прибора, а только разницу в цене. Стоит еще сравнить стоимость эксплуатации.

Если все это оценить и суммировать, то можно примерно определить срок окупаемости, который часто намного меньше упомянутых двух лет.

Для обслуживания преобразователя частоты требуется специально подготовленный персонал. Современные преобразователи имеют достаточно дружественное меню, поэтому их настройка не сложнее настройки телевизора. Как правило, производитель рассчитывает на квалифицированного электрика со здравым смыслом, у них на Западе пуско-наладкой занимается средний технический персонал. Бояться сжечь прибор тоже не надо, обычно достаточно правильно подключить сеть, а дальше хороший преобразователь не даст себя в обиду - при неправильных действиях будет отключаться, мигать всеми лампочками и писать нехорошие слова на дисплее. Если все-таки коленки трясутся - попросите персонал поставщика провести краткий ликбез или даже устроить показательный процесс пуска прибора в эксплуатацию, серьезные фирмы могут это сделать даже бесплатно. А в процессе работы обслуживание обычно не требуется; возможно, придется сдувать пыль (это не шутка) и подтягивать контакты.

Преобразователь частоты вносит большие искажения в сеть и мешает работающему рядом оборудованию. Не очень большие и не всегда мешает. Разберемся подробнее: на входе преобразователя стоит, как правило, обычный неуправляемый выпрямитель на диодах, поэтому помехи от него незначительны. Иногда ставится полууправляемый выпрямитель, тогда помех больше, но по сравнению с искажениями, уже имеющимися в наших сетях, этими помехами тоже можно пренебречь. Если помехи все-таки критичны, то на входе можно поставить фильтр, обычно представляющий собой трехфазный дроссель. Его может поставить та же фирма, которая продает преобразователи.

Для определения уровня помех на соседнее оборудование существуют стандарты на электромагнитную совместимость. При выполнении рекомендаций, приведенных в описании на преобразователь, излучения преобразователя и его чувствительность снижаются до определенного предела, и если соседнее оборудование отвечает тем же стандартам, то проблем не будет. Как правило, причиной некорректной работы соседнего оборудования является именно его несоответствие стандартам (ошибки монтажников, прокладывающих силовые кабели вместе с сигнальными, мы рассматривать не будем). Однако в подавляющем большинстве случаев даже без принятия специальных мер, рекомендованных производителем, проблем не возникает. Кроме того, компоненты защиты могут быть приобретены после установки преобразователя.




Любой редуктор можно заменить на преобразователь частоты. Не всегда. Кроме снижения скорости, редуктор увеличивает момент, а преобразователь частоты обеспечивает постоянный момент на выходном валу двигателя. Поясню на примере: если подъемный кран не может поднять груз на высокой скорости, то при использовании редуктора скорость можно уменьшить, одновременно увеличив момент, и тогда груз медленно, но поднимется. С преобразователем этот трюк не пройдет - если двигатель не может работать с данной нагрузкой при номинальной частоте, то и при пониженной ничего не получится (как если бы у вашего автомобиля была только одна скорость в коробке передач).
Для выбора преобразователя частоты достаточно знать мощность двигателя. В большинстве случаев достаточно. Но есть несколько обидных исключений, которые сводят эту достаточность на нет.

Во-первых, существует большое количество двигателей специального исполнения (многоскоростные, многополюсные), имеющих повышенный Cos ф и соответственно повышенный ток. Яркий пример - двигатели серии ВАСО.

Двигатель на 37 кВт имеет номинальный ток около 90 А, что соответствует «обычному» двигателю на 45 кВт. А поскольку преобразователь работает именно с током, то корректным следует считать выбор преобразователя частоты именно по номинальному току двигателя.
Во-вторых, есть понятие перегрузочной способности. Остановимся на нем подробнее. Перегрузочная способность асинхронного двигателя - около 60%. А перегрузочная способность преобразователя частоты может быть и больше, и меньше. Если мы будем крутить вентилятор, то нам перегрузочная способность не нужна - у вентиляторов перегрузок не бывает, поэтому преобразователь с минимальной перегрузочной способностью нас вполне устроит. А если мы крутим механизм какой-нибудь дробилки - то тут перегрузки могут быть большими и при питании от сети двигатель с ними справится (вспомните 60%), поскольку он сам определяет потребляемый ток. А если он питается от преобразователя частоты, то ток ограничен перегрузочной способностью преобразователя и ее надо подобрать в соответствии с возможным уровнем перегрузок.

Теперь об обидности этих исключений. Представьте себе, что вы сами выбрали преобразователь из каталога, ориентируясь на его мощность, и купили его. А он, что называется, «не тянет» (не доезжает ваш «паркетный» джип до излюбленного места рыбалки). В лучшем случае вы сможете об-менять его на более мощный с существенной доплатой, в которую, кроме разницы в цене, будут включены и расходы продавца по «пристраиванию» вашего преобразователя, который теперь уже перешел в категорию «б/у». Как правило, у вас его вообще не примут, и будут правы - сами виноваты. Другой вариант - вы заказали преобразователь определенной мощности, и вам выставили коммерческое предложение, в котором указана - внимание! - перегрузочная способность преобразователя или ссылка на его технические характеристики. Это значит, что продавец по-прежнему перекладывает ответственность за окончательный выбор на вас. А вот если продавец звонит вам и нудным голосом начинает выспрашивать у вас данные применения, то не спешите от него «отделываться». На самом деле вам очень повезло - вы попали на фирму, которая за-интересована в том, чтобы у вас все работало, - хватайтесь за нее и не ленитесь собрать все данные, ведь инженер просит их не от скуки - он решает ВАШУ задачу, причем чем больше данных вы дадите, тем точнее будет определена модель и тем лучше в конечном итоге будет работать ваша система.

Конечно, есть много других аспектов применения преобразователей частоты, мы рассмотрели здесь только наиболее часто встречающиеся. Взвесьте еще раз все «за» и «против» - и вперед, на освоение новых технологий! В следующий раз мы будем выбирать фирму-поставщика, так что не пропустите.