Объяснение приводов переменного тока: как работают частотно-регулируемые приводы, преимущества, выбор и применение

Если вы модернизируете панель управления двигателем, привод переменного тока определяет, сколько энергии потребляет ваш двигатель и насколько точно вы можете им управлять. Во многих случаях модернизации вентиляторов и насосов установка одного из них снижает энергопотребление на 20–40%. Но привод обеспечивает такую ​​экономию только в том случае, если он соответствует двигателю, нагрузке и среде установки. В этом руководстве объясняется, что такое приводы переменного тока, как их выбрать, а также детали установки, которые легко упустить из виду.

Что такое привод переменного тока

Привод переменного тока — это электронное устройство, которое управляет скоростью и крутящим моментом двигателя переменного тока, изменяя подаваемую на него частоту и напряжение. Его также называют частотно-регулируемым приводом или VFD, а в некоторых отраслях его называют просто инвертором.

Привод получает фиксированное питание переменного тока из сети или распределительной системы предприятия и преобразует его в управляемый выходной сигнал. Основными компонентами внутри являются выпрямитель, шина постоянного тока, инверторный каскад и плата управления. Интерфейс оператора позволяет задавать параметры скорости, ускорения и защиты.

Как работают приводы переменного тока

Скорость асинхронного двигателя пропорциональна частоте питающего напряжения. Синхронная скорость рассчитывается как 120-кратная частота, деленная на количество полюсов. Когда привод снижает выходную частоту, двигатель замедляется.

Напряжение и частота должны меняться одновременно. Поддержание постоянного соотношения напряжения и частоты поддерживает магнитный поток в двигателе. На низких скоростях привод добавляет повышение напряжения для создания достаточного пускового крутящего момента.

Две основные платформы управления

Управление U/f является методом разомкнутого контура. Он устанавливает напряжение и частоту в соответствии с заранее заданной кривой. Он прост, надежен и подходит для большинства применений вентиляторов, насосов и компрессоров. Векторное управление использует алгоритм с обратной связью, часто с энкодером, для регулирования крутящего момента и скорости с гораздо более высокой точностью. Он используется на кранах, лифтах, экструдерах и станках, где нагрузка быстро меняется.

Зачем использовать приводы переменного тока

Самая веская причина использовать привод переменного тока экономия энергии при нагрузках с переменной скоростью. Центробежные вентиляторы и насосы подчиняются законам подобия: мощность изменяется пропорционально кубу скорости. Снижение скорости со 100 процентов до 80 процентов изменяет потребляемую мощность примерно до 51 процента от исходного значения. Вентилятор мощностью 90 кВт, работающий на скорости 70 процентов, потребляет около трети мощности, необходимой ему на полной скорости, и по сравнению с демпферным управлением экономия обычно находится в диапазоне 40-60 процентов.

Помимо экономии, привод также повышает согласованность процесса. Смесители, экструдеры и текстильные машины полагаются на стабильную скорость, чтобы обеспечить повторяемость качества продукции. При экструзии небольшое изменение скорости создает разницу в толщине линий, которая заканчивается отходами. Функция контролируемого ускорения снижает механическое напряжение на ремнях, редукторах и муфтах, что снижает затраты на техническое обслуживание и увеличивает срок службы оборудования.

При прямом пуске потребляется ток двигателя, в шесть-восемь раз превышающий номинальный. Привод ограничивает пусковой ток до уровня, в 1,5–2 раза превышающего номинальный ток, уменьшая провалы напряжения в линии установки и механические удары по шестерням, ремням и валам.

Типы и приложения

Приводы переменного тока обычно группируются по выходному напряжению. Низковольтные приводы охватывают напряжение 200–690 В и используются для двигателей мощностью от нескольких сотен ватт до примерно 500 кВт. Приводы среднего напряжения охватывают напряжение 2,3–11 кВ и обслуживают двигатели большой мощности в мегаваттном диапазоне.

Общие промышленные применения включают в себя:

• Центробежные насосы и вентиляторы в системах водоочистки, вентиляции, кондиционирования и котельных.
• Воздушные компрессоры на предприятиях с большими перепадами давления
• Смесители, центрифуги и мешалки в химической и пищевой промышленности.
• Лифты, козловые краны и подъемники, требующие плавного изменения скорости.
• Станки с ЧПУ, вертикальные токарные станки и ротационные отрезные станки
• Экструдеры и рафинеры в резиновой и пластмассовой промышленности

Raynen Technology также публикует прикладные решения для конкретного оборудования, такого как энергосберегающая модернизация воздушных компрессоров, системы вентиляторов котлов, аэрационные воздуходувки для очистки сточных вод, системы подачи воды с постоянным давлением и шнековые экструдеры. Одна и та же приводная платформа может быть сконфигурирована для соответствия этим механическим конструкциям.

Как выбрать привод переменного тока

Начните с паспортной таблички двигателя, а не из каталога. Номинальные характеристики привода должны основываться на токе двигателя, а не на его мощности. Для нагрузок с переменным крутящим моментом, таких как вентиляторы и насосы, привод часто может иметь тот же размер, что и двигатель. Для нагрузок с постоянным крутящим моментом оставьте запас на один или два типоразмера привода выше номинала двигателя.

Характеристика момента нагрузки – это первое, что необходимо определить. Нагрузки с переменным крутящим моментом имеют крутящий момент, который увеличивается пропорционально квадрату скорости. Нагрузки с постоянным крутящим моментом обеспечивают одинаковый крутящий момент во всем диапазоне скоростей, а нагрузки с постоянной мощностью уменьшают крутящий момент по мере увеличения скорости.

Другие факторы включают температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря и тип корпуса. Характеристики большинства приводов снижаются при температуре выше 40 градусов Цельсия и высоте более 1000 метров над уровнем моря. Если кабель двигателя длиннее 50 м, попросите выходной дроссель для защиты обмотки двигателя от отраженных скачков напряжения.

Если необходимо контролировать привод с помощью ПЛК или SCADA, проверьте, какой интерфейс связи доступен. Пыльная, влажная или химически агрессивная среда требует более высокого класса защиты или надлежащего корпуса.

Рекомендации по установке и приобретению

Гармонические искажения являются распространенной проблемой, когда несколько приводов питаются от одного трансформатора. Добавление сетевого реактора или дросселя постоянного тока снижает искажения тока и обычно является недорогим способом соблюдения местных ограничений качества электроэнергии.

Торможение: если нагрузка может вызвать капитальный ремонт двигателя, например, кран, опускающий груз, или конвейер, останавливающийся с тяжелым грузом, необходим либо динамический тормозной резистор, либо рекуперативный блок.

Никогда не забывайте о документации и послепродажной поддержке. Попросите руководство пользователя, электрические чертежи и программное обеспечение для настройки на том языке, который используют ваши специалисты. Raynen Technology публикует эти материалы в своем центр загрузки . Если поставщик привода не предоставит эти детали заранее, вы рискуете увеличить время ввода в эксплуатацию и увеличить затраты на последующий ремонт. Для конкретного двигателя и нагрузки техническая поддержка Это подходящее место для подтверждения размера и совместимости накопителя перед заказом.

Приводы Raynen для промышленных систем переменного тока

Raynen Technology, бренд промышленной автоматизации, входящий в состав raynendrive.com, разрабатывает и производит приводы переменного тока, а также устройства плавного пуска, сервосистемы, ПЛК и человеко-машинные интерфейсы. Компания была основана в 2007 году и котируется на Шанхайской фондовой бирже. Портфель продуктов предназначен для покрытия уровней управления, привода и исполнения всей машины.

Интеллектуальный привод RVE21 представляет собой компактное и простое в использовании решение с простой настройкой параметров для стандартных низковольтных вентиляторов, насосов и текстильной промышленности. Когда процесс требует точного управления скоростью и крутящим моментом, векторный привод RVE32 обеспечивает работу с замкнутым контуром для кранов, лифтов, миксеров и станков. Для мощных двигателей в водоснабжении и нефтехимии серия RVE1000 обеспечивает питание среднего напряжения до 11 кВ.

В каталог компании также входят устройства плавного пуска низкого и среднего напряжения, ПЛК, интерфейсы HMI, серводвигатели и сервоприводы. Эта широта важна по двум причинам. Во-первых, вы можете получить последовательную техническую поддержку от одного поставщика. Во-вторых, привод можно интегрировать с полной системой управления, включающей ПЛК и ЧМИ, что ускоряет ввод в эксплуатацию.

Интеллектуальный низковольтный привод переменного тока RVE21 для двигателей мощностью 55–200 кВт Серия RVE21 предлагает широкий диапазон напряжения и перегрузочную способность до 200%, а также съемный экран для установки рядом друг с другом. Его независимая конструкция воздуховодов обеспечивает надежное охлаждение, что делает его экономически эффективным выбором для интеграции с системами ПЛК и HMI. Посмотреть продукт →

Векторный привод переменного тока RVE32 для применений высокой мощности до 800 кВт Серия RVE32 оснащена бездатчиковым векторным управлением и автоматической адаптацией параметров контура, не требующей отладки. Доступный в пластиковом или железном корпусе со стандартом Modbus, он подходит для нужд высокой мощности от 250 до 800 кВт и имеет двухстрочный дисплей. Посмотреть продукт →

Привод переменного тока среднего напряжения RVE1000 для прямого управления высоковольтными двигателями В серии RVE1000 используется многоступенчатое каскадирование H-моста для суперпозиции напряжения и управления ARM/DSP, что обеспечивает прямой привод высоковольтных двигателей без фильтров. Предназначенный для управления ведущим-ведомым ленточным конвейером, он обслуживает химическую, подъемную, компрессорную и сталелитейную промышленность. Посмотреть продукт →

Правильный привод переменного тока экономит энергию, повышает стабильность процесса и защищает двигатель и последующее оборудование. Выберите его на паспортной табличке двигателя, подтвердите тип нагрузки и проверьте требования к среде и связи. Если у вас есть конкретное приложение, обратитесь в службу технической поддержки Raynen, чтобы подтвердить размер и полный комплект документации перед размещением заказа.