Вопрос о необходимости тех или иных функций никуда не уходит с рынка частотных преобразователей для асинхронного двигателя, тем более что каждый год появляются новые и новые изделия с дополнительными возможностями... Разобраться всегда не просто, тем более – понять, каким образом набор этих функций сможет удовлетворить потребности того или иного процесса.
Сегодня же в условиях финансовой нестабильности, когда любые вложения должны окупаться как можно быстрее, важно знать рынок и дополнительные возможности оборудования, а также понимать перспективы развития собственного предприятия, для реализации которых это может пригодиться. Рассмотрим основные функции преобразователей частоты, предлагаемые производителями данной техники, относительно различий в применениях (насосов, вентиляторов, дымососов, конвейеров и т.п.). Ведь именно применением в большинстве случаев определяют необходимость добавления различных функций грамотные производители, и этим же в дальнейшем руководствуются поставщики при подборе оборудования клиенту.
Вначале обозначим различия между встроенными и дополнительными функциями.
- известно, что с частью функций оборудование поставляется в стандартном исполнении. И их стоимость уже заложена в цену изделия. С ними нам предстоит разобраться наиболее детально в данной статье: ведь, в конце концов, именно их набор зачастую и определяет выбор производителя.
- далее, когда Вы уже в той или иной мере определились с производителем, Вам обязательно предложат дополнительные опции и устройства. И здесь все будет максимально зависеть от требований Вашего процесса. Их рассмотрение выходит за рамки данной статьи и всегда подлежит индивидуальному обсуждению.
Итак, рассмотрим функции преобразователей частоты в стандартном исполнении, ведь несмотря на многообразие предлагаемых сегодня решений, можно выделить несколько более или менее типовых вариантов реализации функциональной части.
1. Метод управления: существуют преобразователи со скалярным и векторным управлением, которые, в сущности, воплощают в себе две основные задачи, решаемые преобразователями частоты – управление моментом и скоростью вращения двигателя.
Скалярное управление наиболее распространено и максимально удовлетворяет требованиям таких механизмов, как насосы, вентиляторы, компрессоры, а также таких, для которых важно поддерживать скорость вращения или какой-либо технологический параметр. Метод довольно прост, но имеет небольшой диапазон регулирования скорости и требует установки дополнительных датчиков для реализации управления по скорости и моменту.
Разнообразие векторных вариантов управления впечатляет, но может быть условно разделено на две большие подгруппы: управление по вектору тока (довольно простой метод, присущий абсолютному большинству преобразователей) и управление по вектору напряжения. Касательно второго метода: как известно, напряжение пропорционально моменту, что позволяет без дополнительных пересчетов получить управление последней характеристикой. Все остальные методы, по большому счету, являются их дополнением, каждый производитель совершенствует по своему усмотрению расчеты и измерения таких показателей, как индуктивность, намагниченность, вектор электромагнитного поля и т.д.
К примеру, метод DTC (с прямым управлением моментом, без установки дополнительных датчиков) эффективно используется при относительно невысоких требованиях к точности поддержания скорости (1:700), т.е. для таких механизмов, как поршневые компрессоры, насосы, подъемные механизмы, конвейеры, дробилки, пилы, миксеры и т.д.
Отметим, что обычный векторный тип управления в состоянии работать в диапазоне не выше 1:100. При высоких требованиях к регулированию скорости (более 1:1000) используются специальные приводы.
2. ПИД-регулятор: используется для управления внешним процессом при помощи сигнала обратной связи. Сигнал задания может поступать через аналоговый вход, с панели управления посредством предустановленного задания или через последовательный интерфейс.
Измеряет отклонение стабилизируемой величины (например, давление, скорость, температура и т.д.) от заданного значения (так называемой уставки) и генерирует управляющий сигнал. Наличие данного регулятора внутри преобразователя позволяет упростить систему управления и отказаться от использования внешних регуляторов (контроллеров). Наличие дифференциального аналогового входа позволяет работать преобразователю с двумя одинаковыми датчиками процесса (например, для оценки перепада).
Особенно необходим для таких механизмов, как: насосы, станки, транспортеры и другие. Т.е. везде, где требуется точное поддержание контролируемой величины (скорости, потока и пр.).
3. Мониторинг нагрузки (защита двигателя от механической перегрузки/недогрузки): позволяет использовать преобразователь частоты в качестве монитора нагрузки для защиты двигателя от механических перегрузок и недогрузок, например, от заклинивания полотна конвейера, шнекового транспортера, обрыва ремня вентилятора, «сухой» работы насоса и т.д.
Основан на простой и изящной идее использования двигателя в качестве датчика, а точнее использования цифровой системы слежения за перегрузкой и недогрузкой механизма. При появлении неноминальной нагрузки двигателя может остановить двигатель / организовать задержку перед повторным включением или подать аварийный сигнал. Позволяет избежать дорогостоящей установки дополнительных датчиков (поскольку для последних требуется установка непосредственно в технологический процесс). Например, может контролировать вязкость среды (для таких механизмов, как миксеры, отпадает необходимость в установке датчика вязкости) или получать информацию о необходимости проведения профилактических работ (по степени износа оборудования).
Особенно необходим для насосов, кранов, подъемников, мешалок, винтовых конвейеров, ленточных транспортеров, миксеров, дробилок и т.п.
4.Летящий пуск (или подхват вращающегося двигателя при пуске): происходит задержка пуска двигателя в зависимости от его типоразмера, условий вращения, инерции механизма и т.д.
Перезапуск осуществляется при вращающемся двигателе, независимо от направления. При этом не происходит скачков напряжения и токов, исключается износ механической и электрической частей. Особенно необходим для вытяжных вентиляторов (которые могут иметь прямое или обратное вращение при пуске), в частности, когда важно обеспечить вращение всех вентиляционных механизмов в одну сторону (туннели, подземные парковки и т.п.)
5. EMC-фильтр (сокр. от «электромагнитная совместимость»): используется для уменьшения электромагнитных помех, т.е. придает способность ПЧ эффективно функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам, чувствительному к электромагнитным помехам оборудованию и питающей электросети. А также обеспечивает защиту самого преобразователя частоты. Необходим для работы со всеми типами электродвигателей.
6. Исполнение IP: степень защищенности от пыли, влаги и прочих неблагоприятных условий эксплуатации. Оптимальный вариант для большинства типов применения: IP54 – защита от пыли и влаги. Позволяет отказаться от установки оборудования в шкаф и устанавливать преобразователь в непосредственной близости от исполнительного механизма.
В зависимости от стандартного типа исполнения, по большому счету, определяется сфера применения устройства и решается вопрос с установкой. Актуально для насосов, кранов, конвейеров, компрессоров, вентиляционных установок и другого оборудования, функционирующего в неблагоприятных условиях.
7. Функции автонастройки: минимизируют время запуска преобразователя частоты в эксплуатацию. Усовершенствованная функция ПИД с автонастройкой сокращает время настройки и гарантирует максимальную эффективность работы. Преобразователи частоты оперативно определяют особенности процесса и затем подстраивают параметры к нужному уровню. Результат – экономия энергии и повышение производительности.
8. Векторное торможение: функция векторного торможения делает возможным рассеяние тормозной мощности через двигатель. Таким образом, снижается потребность в тормозной электронике. Очень быстрая реакция внутренней модели двигателя эффективно снижает количество ненужных отключений при ударных нагрузках или неправильной установке времени разгона.
9. Количество аналоговых/дискретных входов/выходов: для сопряжения преобразователя частоты с системой управления требуются сигнальные входы/выходы. Чем больше сигнальных входов/выходов, тем больше возможностей в области программирования различных функций и подключения внешних управляющих сигналов. Всегда полезно иметь запасные входы/выходы, в том числе и на перспективу.
10. Виртуальное подключение логических функций: поддержка виртуальных соединений логических функций, компараторов и таймеров. Открывает путь к применению большего количества опций за счет дополнительных плат входов/выходов. Различные логические функции можно объединить без использования кабелей или внешних входов/выходов. Так, используя таймер, можно очистить насос от грязи, запустив его на полную мощность, а затем вернув в обычный режим. Адресат и источник виртуального подключения несложно настроить с панели управления.
11. Наборы параметров: большее количество параметров дает пользователю возможность более гибко настроить преобразователь под требуемые задачи. Удобно, когда нужно поменять режим работы двигателя. Осуществляется путем выбора в меню набора параметров, соответствующего нужному режиму работы. Т.е. один преобразователь в состоянии поддерживать нормальную работу с группой электродвигателей разной мощности, функционирующих на разных типах применений.
12. Увеличение пикового момента двигателя: линейное нарастание тока относительно момента дает оптимальный результат при работе (если используется тип управления DTC). Прямое управление моментом делает возможным увеличение момента двигателя до 400 % от номинального. Соотношение момент / ток остается линейным выше номинального момента, т. е. 200 % тока даст 200 % момента.
13. Полууправляемый выпрямитель позволяет плавно подавать напряжение в звено постоянного тока, не чувствителен к количеству отключений силового питания. Преобразователь сам может выключать контактор, снимая напряжение и обеспечивая дополнительную экономию электроэнергии.
14. Регулятор скорости вращения внутреннего вентилятора: регулировка скорости вращения внутреннего охлаждающего вентилятора позволяет уменьшить общее энергопотребление преобразователя частоты.
15. Интерфейсы обратной связи: с их помощью преобразователи частоты легко встраиваются в современные системы автоматизации. Чем более разнообразный набор стандартных интерфейсов и протоколов, с помощью которых осуществляется непосредственное взаимодействие, тем шире возможности встройки в любую промышленную систему.
16. Русифицированное меню: не секрет, что многие европейские производители предлагают в лучшем случае унифицированное англоязычное меню. Но такая дополнительная доработка, как русификация, дает пользователям возможность быстрее разобраться со всеми настройками и параметрами, а также лучше воспринимать показания текущих параметров на дисплее. Таким образом, в заключение хотелось бы отметить, что широкая базовая комплектация позволяет в дальнейшем экономить на покупке дополнительного оборудования как в момент установки и пуска оборудования, так и при эксплуатации. А понимание требований процесса позволяет правильно настраивать и применять функции, заложенные в устройство производителем.