Объяснение низковольтных приводов переменного тока: как они работают и как выбрать один для вашего применения

Пройдитесь практически по любому современному заводу, и вы обнаружите, что низковольтные приводы переменного тока выполняют тихую, неприметную работу: удерживают насос точно под давлением, необходимым для процесса, увеличивают скорость конвейера, не обрывая ремень, или снижают скорость вентилятора на пятнадцать процентов и снижают его потребляемую мощность более чем на треть. Они являются связующим звеном между источником питания с фиксированной скоростью и двигателем, который действительно должен работать на любой скорости, необходимой для работы.

В Raynen мы потратили годы на создание приводов для OEM-машин, модернизации предприятий и тяжелой промышленности. Это руководство отвечает на вопросы, которые наши инженеры слышат чаще всего: что находится внутри низковольтного привода переменного тока, как сравниваются основные типы, какие критерии выбора имеют значение и откуда на самом деле происходит окупаемость.

Что считается низковольтным приводом переменного тока?

Низкое напряжение описывает источник питания, к которому подключается привод, а не мощность, которую он подает. Согласно определениям IEC, низкое напряжение работает до 1000 В переменного тока, а промышленные приводы рассчитаны на сети с напряжением 200 В, 380–480 В или 525–690 В. Класс 380–480 В — это «рабочая лошадка», охватывающая подавляющее большинство двигателей мощностью от долей киловатт до нескольких сотен киловатт. Приводы среднего напряжения заменяют примерно 2,3 кВ и обслуживают очень большие машины.

Терминология вызывает большую часть путаницы. VFD, VSD и «инвертор» описывают одну и ту же коробку. Строго говоря, инвертор представляет собой только один внутренний каскад; весь продукт представляет собой привод переменного тока, а низковольтные приводы переменного тока — это просто преобразователи, предназначенные для низковольтного класса.

Как работает низковольтный привод переменного тока

Каждый низковольтный привод переменного тока выполняет то же преобразование: он берет переменный ток фиксированной частоты и напряжения из сети и подает переменный ток переменной частоты и переменного напряжения на двигатель. Три этапа выполняют свою работу.

1. Выпрямитель. Диодные мосты или активный входной каскад в рекуперативных устройствах преобразуют входящий трехфазный переменный ток в постоянный.
2. Автобус постоянного тока. Конденсаторы и, в более крупных устройствах, дроссель постоянного тока сглаживают цепь и сохраняют энергию для переходных нагрузок.
3. Инвертор. Модули IGBT переключают звено постоянного тока обратно в сигнал переменного тока с широтно-импульсной модуляцией, частоту и напряжение которого устанавливает плата управления.

Поскольку синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от частоты питания, изменение частоты напрямую меняет скорость. Падение частоты без падения напряжения приведет к насыщению магнитной цепи, поэтому привод сохраняет соотношение вольт на герц или более совершенную модель двигателя, сбалансированным в каждой рабочей точке.

Методы управления, которые вы увидите

• Управление V/f: простое, щадящее и хорошо адаптированное к вентиляторам, насосам и другим квадратичным нагрузкам.
• Бездатчиковое векторное управление: реакция крутящего момента без энкодера для конвейеров, смесителей и экструдеров.
• Векторное управление с обратной связью: обратная связь от энкодера для точной скорости и крутящего момента на кранах, намоточных устройствах и станках.

Типы низковольтных приводов переменного тока

Рынок разделяется на несколько практичных семей. Настенные закрытые приводы имеют мощность примерно от 0,4 до 90 кВт и располагаются рядом с машиной или внутри небольшой панели. Модульные и шкафные приводы обеспечивают более высокую мощность и позволяют настраивать общие шины постоянного тока, тормозные блоки и фильтры в соответствии с применением. Системы с несколькими приводами питают несколько инверторов от одного выпрямителя, что часто встречается на линиях по производству текстиля, упаковки и металла. Рекуперативные приводы возвращают энергию торможения в источник питания, а не сжигают ее в резисторе.

Для большинства повседневных задач достаточно компактного настенного устройства, при этом панель остается небольшой.

Поставщики интеллектуальных низковольтных приводов переменного тока RVE21 • Конструкция с широким диапазоном напряжений • Перегрузочная способность до 200 % • Съемный функциональный экран, установка рядом • Независимая конструкция воздуховодов • Высокая экономичность Посмотреть продукт →

Наш интеллектуальный низковольтный преобразователь частоты RVE21 был разработан именно для такой ситуации: OEM-машины и модернизированные машины, где пространство на панели ограничено, проводка должна быть быстрой, а привод по-прежнему должен охватывать широкий диапазон типоразмеров двигателей.

Привод или плавный пускатель?

Оба устройства расположены перед двигателем и оба контролируют рампу, поэтому их часто сравнивают друг с другом. Решающий вопрос заключается в том, нужно ли менять скорость после запуска двигателя.

Если для процесса никогда не требуется другая скорость, обычно более дешевым решением является устройство плавного пуска. Если скорость, крутящий момент или энергопотребление должны соответствовать спросу, лучшим вложением будет привод.

Выбор правильного диска

Номинальная мощность в паспорте — это отправная точка, а не ответ. Сначала проработайте нагрузку.

• Ток двигателя и перегрузка: определите значение тока полной нагрузки, затем проверьте, требуется ли для режима перегрузка 120 %, 150 % или 200 % в течение минуты или более.
• Профиль нагрузки: нагрузки с постоянным крутящим моментом, такие как конвейеры и экструдеры, требуют большего привода, чем квадратичные нагрузки вентиляторов и насосов.
• Диапазон скоростей: работа при постоянной мощности выше базовой скорости требует ослабления поля и двигателя, рассчитанного на это.
• Торможение: решите, требуется ли тормозной резистор, тормозной блок или рекуперативный входной каскад.
• Окружающая среда: температура окружающей среды, высота над уровнем моря, пыль, влажность и требуемый класс защиты IP снижают полезный выходной ток.
• Качество электроэнергии: пределы гармоник, длина кабеля и категория ЭМС обычно определяют, будут ли добавлены дроссели или фильтры.
• Интеграция: протокол полевой шины, количество входов/выходов и необходимость взаимодействия привода с существующей платформой управления.

При большой нагрузке или жесткой динамике векторный привод с правильной автоматической настройкой двигателя является более безопасным выбором.

Поставщики приводов переменного тока RVE32 Vector Пластиковый корпус • Технология векторного управления без датчиков скорости • Автоматическая адаптация параметров контура, отладка не требуется • Связь Modbus в стандартной комплектации • Низкое энергопотребление ... Посмотреть продукт →

Векторный преобразователь частоты RV32 является нашим ответом на эти задачи: векторное управление с разомкнутым или замкнутым контуром, высокая перегрузочная способность, а также опции торможения и связи, которые необходимы производителям машиностроения.

Где низковольтные приводы переменного тока дают результаты

Приложения группируются вокруг нескольких шаблонов. В системах вентиляторов и насосов привод заменяет дроссельный клапан или заслонку, поэтому двигатель производит только тот поток, который необходим процессу. В компрессорах приводы сокращают потери при разгрузке и поддерживают стабильное давление. На химических заводах укрощают центрифуги и миксеры, которые в противном случае приводили бы в негодность редуктор при каждом запуске. Линии по производству резины и пластмасс используют их в шнековых экструдерах, а в подъемном оборудовании и станках они используются для контролируемого ускорения и повторяемости позиционирования.

Воздуходувки для очистки воды, погружные насосы и системы подачи с постоянным давлением следуют той же логике. Посмотреть, как настраиваются эти обязанности, можно в нашем решения для применения вентиляторов и насосов .

Поставщики приводов переменного тока серии CT3000 Частотно-регулируемый привод серии CT3000, 400 В, 560–800 кВт Посмотреть продукт →

Частотно-регулируемый привод серии CT3000 предназначен для выполнения задач общего назначения в этих отраслях, что делает его разумной отправной точкой, когда проект объединяет несколько типов машин в рамках одной стратегии запасных частей.

Энергоэффективность, надежность и качество электроэнергии

Законы сродства объясняют большую часть истории экономии: при центробежных нагрузках поток меняется в зависимости от скорости, а мощность на валу зависит от куба скорости. Таким образом, двадцатипроцентное снижение скорости снижает мощность примерно вдвое. Именно поэтому проекты модернизации вентиляторов и насосов обычно окупают привод в течение одного-трех лет.

Надежность обеспечивается защитой и хорошей установкой. Современные приводы контролируют выходной ток, напряжение на шине постоянного тока, температуру радиатора и утечку на землю, а также ограничивают крутящий момент, а не отключают его всякий раз, когда это позволяет процесс. Гармоники и ЭМС по-прежнему требуют внимания: дроссели постоянного или переменного тока уменьшают искажения тока, экранированный кабель двигателя и правильное заземление контролируют синфазный шум, а ограничения длины кабеля защищают изоляцию двигателя от быстрых переключений.

Ввод в эксплуатацию, документация и поддержка

Хороший ввод в эксплуатацию – это по большей части подготовка. Сначала введите данные паспортной таблички двигателя, запустите автонастройку, затем установите темпы ускорения и замедления вокруг реальной инерции, прежде чем привод начнет воспринимать нагрузку. Закрепите экран кабеля двигателя на обоих концах, держите провода управления подальше от силовых проводов и запишите окончательный набор параметров, чтобы можно было быстро загрузить сменный блок.

Техническое обслуживание остается простым, когда оно запланировано: очистите радиатор и охлаждающий вентилятор, проверьте конденсаторы шины постоянного тока после длительной эксплуатации, ежегодно проверяйте момент затяжки клемм и используйте тепловидение для раннего обнаружения ослабленных соединений. Наш руководства пользователя и файлы для загрузки иметь при себе списки параметров, электрические схемы и документы встроенного ПО, необходимые для обеих задач.

Часто задаваемые вопросы

Может ли низковольтный привод переменного тока удерживать двигатель на нулевой скорости?

Да, он может удерживать вал в неподвижном состоянии, создавая крутящий момент, но двигатель должен быть рассчитан на непрерывную работу на низкой скорости. Стандартные двигатели с самоохлаждением теряют поток охлаждающего воздуха при падении скорости, поэтому планируйте использование двигателя с отдельной вентиляцией, если режим ожидания длительный.

Как далеко может проходить кабель двигателя от привода?

Как правило, примерно до 30–50 м в неэкранированном виде или до 20–30 м в экранированном. Для более длинных цепей необходим фильтр dV/dt или выходной дроссель для защиты обмотки двигателя от крутых фронтов переключения.

Всегда ли мне нужен тормозной резистор?

Нет. Это необходимо только тогда, когда нагрузка регенерирует энергию быстрее, чем привод может ее поглотить, например, при быстрой остановке высокоинерционного вентилятора или опускании подъемника. Медленное замедление и малоинерционные нагрузки зачастую не требуют дополнительных мер.

Низковольтные приводы переменного тока вознаграждают за тщательное соответствие больше, чем за какую-либо отдельную спецификацию. Правильно определите профиль крутящего момента, требования к перегрузке и окружающую среду, и привод станет не требующей обслуживания частью машины, а не повторяющейся проблемой.

Если вам нужно второе мнение по поводу применения, от кривой насоса до модернизации, наши инженеры будут рады помочь вам определить его размер, настроить и обеспечить его работу на долгие годы.