48591

Устройство, назначение преобразователей частоты ф. OMRON

Конспект

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство назначение преобразователей частоты ф. Преобразователи частоты предназначены для регулировки частоты вращения и момента на валу асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь частоты это прибор предназначенный для преобразования переменного тока напряжения одной частоты обычно частоты питающей сети в переменный ток напряжение другой частоты. Выходная частота в современных инверторах может быть как ниже так и выше частоты питающей сети.

Русский

2013-12-22

5.92 MB

159 чел.

Занятие №20.1.Устройство, назначение преобразователей частоты  ф. OMRON

В течение длительного времени компании Omron и Yaskawa тесно взаимодействовали в вопросах производства продукции для приводной техники и автоматизации технологических процессов. В марте 2003 года произошло объединение этих фирм и было создано совместное предприятие Omron-Yaskawa Motion Control (OYMC).

Преобразователи частоты предназначены для регулировки частоты вращения и момента на валу асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь частоты - это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты (обычно частоты питающей сети) в переменный ток (напряжение) другой частоты. Выходная частота в современных инверторах может быть как ниже, так и выше частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей Omron выполнена на транзисторах IGBT, работающих в режиме электронных ключей. Схема управления выполняется на цифровых микроконтроллерах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (защита, контроль, диагностика). Частотные инверторы Omron имеют структуру с явно выраженным блоком постоянного тока (выпрямитель + фильтр), что проиллюстрировано на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока

Рис. 2. Временные диаграммы работы частотного преобразователя

В преобразователях этого типа используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в трехфазном или однофазном выпрямителе, сглаживается LC-фильтром, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды.

Преобразователи частоты на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, сниженной массой и повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей и лучшего отвода тепла с поверхности силового модуля. Они имеют более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность повреждений и отказа электропривода.

Более подробно принцип работы частотного инвертора показан на рисунке 2.

В верхней части рисунка 2 приведены графики напряжений на выходе каждого каскада преобразователя.

Напряжение питающей сети с постоянной частотой и амплитудой (Uвх = пост.; Fвх = пост.) поступает на трехфазный или однофазный выпрямитель. Выпрямитель и фильтр входят в состав блока постоянного тока, основное назначение которого - получить на выходе постоянное напряжение с малыми пульсациями, которое используется для питания преобразователя частоты. Инвертор преобразует постоянное напряжение в трехфазное напряжение с переменной частотой и изменяемой амплитудой. Схема управления формирует сигналы для коммутации обмоток электродвигателя в нужные моменты времени. Импульсы коммутации каждой обмотки в пределах периода модулируются по синусоидальному закону. Максимальную ширину импульсы имеют в середине полупериода. К началу и к концу полупериода ширина импульсов уменьшается. Таким образом, схема управления формирует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, которое подается на обмотки электродвигателя. В некоторых случаях к выходам преобразователя частоты подключается фильтр, но в частотных инверторах на транзисторах IGBT необходимость в выходном фильтре практически отсутствует. Таким образом, на выходе инвертора формируется трехфазное напряжение переменной частоты и амплитуды (Fвых = регулир.; Uвых = регулир.), которое и задает нужную частоту вращения и требуемый момент на валу двигателя.

Схемы управления двигателем

Схемы управления двигателем можно разделить на три основных типа:

  1.  управление по закону V/F (регулировка отношения напряжения к частоте или вольт-частотное регулирование);
  2.  векторное управление полем электродвигателя;
  3.  прямое управление моментом на валу двигателя.

Схемы управления перечислены по возрастанию функциональности и цены. Во многих случаях в инверторах используются схемы управления нескольких типов. В большинстве случаев достаточно первых двух типов управления, но при больших перегрузках и широком диапазоне изменения нагрузки на валу двигателя необходимо прямое управление моментом.

Сферы применения частотных инверторов Omron 

По областям применения частотные преобразователи Omron можно разделить на следующие подгруппы:

  1.  общепромышленные преобразователи частоты;
  2.  преобразователи частоты для вентиляторов и насосов;
  3.  преобразователи частоты для подъемных механизмов (лифты, краны);
  4.  преобразователи частоты для специальных применений.

На рисунке 3 показаны преобразователи частоты для рекомендуемых конкретных применений (от насосов и вентиляторов малой мощности до управления двигателями мощностью до 300 кВт). Для большинства инверторов поставляется прикладное программное обеспечение CASE (Custom Application Software Environment).

Рис. 3. Преобразователи частоты Omron для различных приложений

Энергосбережение в частотном приводе

Из множества областей, в которых имеется потенциальная возможность энергосбережения, можно выделить наиболее важные и эффективные направления:
• Широкое внедрение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов OMRON CIMR E7 (3G3PV), CIMR J7 (3G3JV) в системах водоснабжения, водоотведения, отопления и вентиляции для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов, нагнетателей, воздуходувок, компрессоров и т.п.;
• Применение высоко динамичных электроприводов переменного тока OMRON Varispeed F7 (3G3RV) и G7, а так же средств автоматизации в электротермии и в других энергоемких процессах
• Модернизация подъемно-транспортных механизмов (кранов, подъемников, лифтов) путем установки частотно-регулируемых приводов OMRON CIMR F7 (3G3RV), OMRON CIMR L7
• Объекты жилищно-коммунального хозяйства и промышленного комплекса, в задачу которых входит поддержание заданного уровня жидкости в резервуарах (водоразборные и очистные сооружения и др.)
• Применение в электроприводах переменного тока современных частотных преобразователей OMRON CIMR E7 (3G3PV) со встроенной функцией оптимизации энергопотребления.
Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно получить при использовании его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках.
Физическую природу снижения энергопотребления проиллюстрируем на примере вентиляторов. Большинство вентиляторов представляют собой центробежные машины. На рис. 1 приведена типичная характеристика центробежного вентилятора – зависимость выходного давления H от потока (расхода) воздуха Q. Она остается неизменной при постоянной частоте вращения вентилятора. Здесь же представлена характеристика системы вентиляции (кривая 1). Она показывает, какое давление требуется от вентилятора для обеспечения требуемого потока воздуха и покрытия всех потерь в системе. Точка пересечения двух кривых является фактической рабочей точкой системы.



Рис.1. Характеристики вентилятора и системы при регулировании шибером


Обычно производительность вентилятора изменяется установкой шибера на выходе. Выходные шиберы воздействуют на характеристику системы, увеличивая сопротивление потоку воздуха. На рис. 1 показаны несколько характеристик системы при различных положениях шибера (кривая 1 соответствует полностью открытому шиберу). Известно, что мощность, потребляемая из сети двигателем турбомеханизма, пропорциональна произведению давления и расхода, т.е. пропорциональна площади прямоугольника, одна из вершин которого совпадает с рабочей точкой, а противоположная – с началом координат. Из рис. 1 видно, что изменение производительности вентилятора влияет на потребление энергии незначительно.
Изменение частоты вращения вентилятора приводит к изменению его характеристики, как это показано на рис. 2. Здесь кривые 2 и 3 соответствуют пониженной частоте вращения. Из рисунка видно, что снижение частоты вращения вентилятора приводит к перемещению рабочей точки вдоль характеристики системы и существенному снижению расхода электроэнергии при тех же расходах, что и на рис. 1. Количественную оценку этих изменений можно получить из формул, называемых законами подобия:


Рис. 2. Характеристики вентилятора и системы
при регулировании частоты вращения

Аналогичные кривые можно построить и для центробежных насосов. Здесь изменение производительности обычно осуществляется дроссельными заслонками на выходе насоса. На рис. 3 представлен сравнительный график мощности, потребляемой насосом, в зависимости от расхода при регулировании дросселированием и частотном регулировании. Разность между значениями этими кривыми при заданном расходе позволяет определить экономию энергии при частотном регулировании по сравнению с регулированием дроссельной заслонкой.


Рис. 3. Зависимость потребляемой мощности от расхода

Электроприводы турбомеханизмов потребляют не менее 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии и в большинстве случаев остаются нерегулируемыми, что не позволяет получить режим рационального энергопотребления и расхода воды, пара, воздуха и т. д. при изменении технологических потребностей в широких пределах. Силовое оборудование выбирается на максимальную производительность, в действительности же его среднесуточная загруженность может составлять около 50% от номинальной мощности. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию электроэнергии (до 50%) при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д., обеспечивающую эффективное регулирование производительности агрегата. Кроме того, поддержание в системе минимально необходимого давления приводит к существенному уменьшению непроизводительных расходов транспортируемого продукта и снижению аварийности гидравлических и пневматических сетей.

Опыт применения частотно-регулируемых электроприводов OYMC в водоснабжении показывает, что можно сэкономить до 25% воды, что также дает значительную экономию эксплуатационных затрат.
Невысокие требования к качеству регулирования давления и расхода обуславливают возможность применения наиболее простых и, следовательно, относительно недорогих преобразователей частоты моделей CIMR J7 и E7 (3G3JV и 3G3PV), которые являются наиболее удобными с точки зрения проектирования и наладки. Положительным моментом является также то, что преобразователь частоты может быть легко внедрен в уже существующую установку без какой-либо реконструкции системы в целом. Сочетание высокой экономичности регулирования и относительно низкой стоимости оборудования обеспечивает минимальный срок его окупаемости (6-12 месяцев).

В целом, применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода в насосных и вентиляторных установках дает следующие преимущества:
• Экономия электроэнергии до 60%
• Экономия транспортируемого продукта за счет снижения непроизводительных расходов до 25%
• Снижение аварийности гидравлической или пневматической сети за счет поддержания минимально необходимого давления
• Снижение аварийности сети и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов
• Снижение уровня шума, создаваемого технологическим оборудованием
• Удобство автоматизации
• Удобство и простота внедрения

Основные серии преобразователей частоты Omron

Omron J7 - преобразователи, предназначенные для простого и эффективного использования в небольших системах, не требующих сложного управления (конвейеры, насосы малой мощности и вентиляторы). Оперативная компенсация крутящего момента инвертора Omron J7 обеспечивает 100% момент даже при частоте 1,5 Гц. Несмотря на большую популярность инверторов Omron J7 и их высокую надежность, с марта 2010 года эти преобразователи частоты снимаются с производства, а вместо них производитель предлагает использовать более функциональные инверторы Omron J1000.

Omron J1000 - это новые современные преобразователи частоты для простых применений. Широкий выбор пользовательских функций преобразователей J1000 незаменим при модернизации технологического оборудования и дает пользователям целый ряд преимуществ. Компактность и простота запуска в комплексе со всемирно известной надежностью продукции - это хороший выбор и возможность значительной экономии средств на этапах приобретения, внедрения и эксплуатации. В преобразователях обеспечивается поддержка сетевых протоколов Modbus, Profibus, CanOpen, DeviceNet, Lonworks, CompoNet.

Omron V7 - более совершенный по сравнению с J7 и J1000 преобразователь частоты. Omron V7 имеет возможность векторного управления без датчика положения, обеспечивая 100% момент при частоте всего 0,5 Гц. Omron V7 выпускается для диапазона мощностей от 0,12 до 7,5 кВт. Встроенный ПИД-регулятор обеспечивает высокую точность управления технологическими процессами, а возможность подключения сетевого модуля или программируемого контроллера расширяет сферы применения этого инвертора. Однако и Omron V7 снимается с производства с марта 2010 года. Вместо него рекомендуется очень хорошая замена - инвертор Omron V1000.

Omron V1000 воплощает в себе все лучшие черты очень успешной 7-й серии и имеет множество новых, зачастую уникальных, функций. Инвертор V1000 поддерживает V/F-регулирование и векторное регулирование с разомкнутым контуром и может работать с синхронными или асинхронными двигателями. Omron V1000 сконструирован в расчете на десятилетний срок бесперебойной работы в необслуживаемом режиме. Оптимальные характеристики регулирования скорости и высокий пусковой момент, достигнутые за счет применения регулирования по вектору тока, выгодно отличают V1000 от предшественников. Кроме того, в новом инверторе предусмотрена функция интеллектуальной оперативной подстройки - усовершенствованный вариант автоматической настройки. Оперативная подстройка - это непрерывная корректировка параметров во время работы инвертора. Она гарантирует, что любое отклонение температуры, способное повлиять на электрические параметры, определяющие скорость вращения вала электродвигателя, будет компенсировано до того, как возникнет отклонение по этой скорости.

Omron E7 предназначен для управления нагрузкой с переменным моментом (центробежные насосы и вентиляторы, регуляторы давления). Уникальная особенность инвертора Omron Е7 - специальный алгоритм энергосбережения, позволяющий дополнительно экономить до 20% электроэнергии и увеличивать КПД электродвигателя, как показано на рисунке 4. Функция энергосбережения особенно эффективна при малых значениях нагрузки (именно в этом режиме работает большинство электроприводов).

Рис. 4. Иллюстрация работы функции энергосбережения в инверторах Е7

Преобразователь Omron E7 реализует вольт-частотное регулирование (V/f), а его перегрузочная способность в режиме обычной нагрузки составляет 110% в течение одной минуты. Диапазон мощностей инверторов Е7 - от 0,4 до 300 кВт. Возможность исполнения инверторов E7 с классом защиты IP54 (для диапазона мощности от 7,5 до 55 кВт) позволяет использовать этот преобразователь частоты при жестких условиях эксплуатации. Дополнительные свойства и преимущества инверторов серии Е7:

стандартный светодиодный дисплей (ЖК-дисплей опционально);

возможности работы в сети Fieldbus: DeviceNet, Profibus, CANOpen, LONWORK S (опция);

семь конфигурируемых цифровых входов;

три конфигурируемых цифровых выхода;

низкий уровень шума;

обширные прикладные возможности;

усиленное противоскольжение;

удобное обслуживание.

Omron L7 - еще более функциональный инвертор для управления лифтами со скоростью подъема до 3 м/с. Высокий пусковой момент, бесшумная работа, интерфейс оператора, приспособленный к управлению лифтами, совместимость с асинхронными и синхронными двигателями - таковы возможности любой модели инвертора L7. В преобразователях частоты серии L7 имеется возможность определения параметров двигателя (автоматическая настройка) с вращением и без вращения вала. Для подключения инверторов серии L7 к сетям связи предусмотрены дополнительные платы, например, CanOpen, DeviceNet и Profibus. В преобразователе Omron L7 предусмотрена специальная защитная схема, обеспечивающая пять уровней защиты от перегрузки по току до принятия контроллером решения о том, что произошла такая перегрузка. Безопасность работы дополнительно обеспечивается блоком управления и диагностики контакторов и схемы торможения. Возможность работы от источника бесперебойного питания (ИБП) или от аккумулятора обеспечивает работу при пропадании основного питания лифта, обеспечивая возможность безопасной эвакуации.

Omron F7 - универсальный инвертор, предназначенный для решения любых стандартных задач, возникающих на обычном промышленном предприятии: от простого управления насосом с переменным моментов вращения до создания сложной разветвленной системы транспортировки материалов. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам и широкому выбору конфигураций и дополнительных устройств, преобразователи частоты серии F7 могут оказаться основной или даже единственной маркой инвертора, используемой на всем предприятии. Пользователь может выбрать модели, отличающиеся мощностью и типом корпуса, а также различные сетевые протоколы, подключаемые печатные платы входов/выходов и специализированное прикладное программное обеспечение CASE. Omron F7 обеспечивает замкнутое векторное регулирование магнитного потока. При регулировании с разомкнутым контуром инверторы этой серии обеспечивают крутящий момент 150% при частоте 0,5 Гц.

Некоторые свойства и особенности инверторов F7:

  1.  диапазон мощностей от 0,4 до 300кВт;
  2.  векторное регулирование с обратной связью от датчика положения или без обратной связи;
  3.  регулирование вращающего момента;
  4.  цифровая панель управления с текстовым ЖК-дисплеем;
  5.  сетевые протоколы DeviceNet и Profibus;
  6.  автоматическая настройка при вращающемся или остановленном двигателе;
  7.  дополнительная плата с функциями ПЛК (программируемого логического контроллера);
  8.  наличие функции энергосбережения.

Omron G7 - первый в мире инвертор на напряжение 400 В, выполненный по трехуровневой схеме. Такое схемное решение сводит к минимуму или полностью устраняет проблемы, связанные с коммутацией IGBT-транзисторов (кабели очень большой длины, синфазные токи) и защищает систему «двигатель-привод» в целом. Для программирования инвертора G7 используется программная оболочка DriveWorksEZ. Это инструмент объектно-ориентированного программирования на базе персонального компьютера с удобным графическим интерфейсом.

Основные свойства, особенности и преимущества инверторов G7:

  1.  трехуровневое управление снижает пиковые скачки напряжения на обмотках двигателя почти на 50%. Даже при большой длине кабеля питания двигателя дроссель переменного тока не требуется;
  2.  векторное регулирование магнитного потока. Превосходные параметры в режиме регулирования с разомкнутым контуром: крутящий момент 150% при частоте 0.3 Гц;
  3.  длина кабеля от инвертора до двигателя может составлять до 300 метров (без выходных фильтров);
  4.  широкий выбор дополнительных плат: сетевые интерфейсы, плата ПЛК, интерфейс Mechatrolink, аналоговые и дискретные входы/выходы;
  5.  для настройки параметров используется программное обеспечение CX-Drive, для объектно-ориентированного программирования- DriveWorksEZ.

Облегчить выбор наиболее оптимального преобразователя частоты поможет рисунок 5. Учитывается тип регулирования магнитного потока двигателя, длина кабеля, сфера применения.

Рис. 5. Навигатор для выбора преобразователя частоты Omron

В таблицы 1 и 2 сведены основные параметры и свойства инверторов Omron, рассмотренных в этой статье.

Таблица 1. Основные параметры частотных преобразователей (инверторов) G7, F7, L7 и E7 компании OMRON

Модель

G7

F7

L7

E7

Внешний вид

Потребительские преимущества

Первый в мире инвертор, выполненный по трехуровневой схеме

Промышленная «рабочая лошадка»

Инвертор для управления лифтами

Сокращает затраты на электроэнергию

400 В, трехфазный 200 В, трехфазный 200 В, однофазный

0,4...300 кВт 0,4...110 кВт –

0,4...300 кВт 0,4...110 кВт –

4,0...55 кВт 3,7...55 кВт –

0,4...300 кВт 0,4...110 кВт –

Назначение

Высокие эксплуатационные характеристики, работа на протяженные кабельные линии

Обычные системы и системы высокого класса

Управление лифтами с асинхронными и синхронными двигателями

Насосы и вентиляторы (переменный крутящий момент)

Метод управления

Векторное управление и V/f-регулирование с разомкнутым и замкнутым контуром

Векторное управление и V/f-регулирование с разомкнутым и замкнутым контуром

Векторное управление и V/f-регулирование с разомкнутым и замкнутым контуром

V/f-регулирование

Крутящий момент

150% при нулевой скорости (вектор, замкнутый контур); 150% при 0,3 Гц (вектор, разомкнутый контур)

150% при нулевой скорости (вектор, замкнутый контур); 150% при 0,5 Гц (вектор, разомкнутый контур)

150% при нулевой скорости (вектор, замкнутый контур); 150% при 0,5 Гц (вектор, разомкнутый контур)

120% при 0,5 Гц

Способы подключения (интерфейсы)

Memobus, DeviceNet, PROFIBUS-DP, CANopen, LONWorks, Ethernet

Memobus, DeviceNet, PROFIBUS-DP, CANopen, LONWorks, Ethernet, MECHATROLINK-II

Memobus, DeviceNet, PROFIBUS-DP, CANopen, LONWorks, Ethernet

Memobus, Metasys N2, L&S Apogee LONWorks, DeviseNet, PROFIBUS-DP, CANopen, Ethernet

Дополнительные возможности адаптации

· Дополнительная плата с функциями ПЛК · Прикладное программное обеспечение для инверторов

· Дополнительная плата с функциями ПЛК · Прикладное программное обеспечение для инверторов

· Дополнительная плата с функциями ПЛК · Прикладное программное обеспечение для инверторов

· Дополнительная плата с функциями ПЛК · Прикладное программное обеспечение для инверторов · Корпус IP54

Таблица 2. Основные параметры частотных преобразователей (инверторов) V1000, V7 и J7 компании OMRON

Модель

V1000

V7

J7

Внешний вид

Потребительские преимущества

Новая формула качества

Преобразователь карманного размера с векторным регулированием магнитного потока без обратной связи

Малогабаритный, простой, интеллектуальный

400 В, 3-фазный 200 В, 3-фазный 200 В, однофазный

0,2...15 кВт 0,1...15 кВт 0,1...4,0 кВт

0,2...7,5 кВт 0,1...7,5 кВт 0,1...4,0 кВт

0,2...4,0 кВт 0,1...4,0 кВт 0,1...1,5 кВт

Назначение

Высокая скорость, точность и большой пусковой момент для использования в компактных устройствах общего назначения

Компактные устройства общего назначения

Простое регулирование скорости

Метод управления

Векторное регулирование с разомкнутым контуром и V/f-регулирование с разомкнутым и замкнутым контурами

Векторное и V/f-регулирование без датчика положения

V/f-регулирование

Крутящий момент

200% при 0,5 Гц

100% при 0,5 Гц

150% при 3 Гц

Способы подключения
(интерфейсы)

Memobus, DeviceNet, PROFIBUS-DP, CANopen, CompoNet

Memobus, DeviceNet, PROFIBUS-DP, CANopen, MECHATROLINK-II

Memobus

Дополнительные возможности адаптации

· Специализированное прикладное программное обеспечение

· Дополнительная плата с функциями ПЛК · Прикладное программное обеспечение для инверторов · Корпус IP65

Специальные функции преобразователей частоты Omron

Частотные преобразователи Omron имеют много специальных функций, которые часто отсутствуют в продукции других производителей.

Энергосбережение. Эта особенность позволяет при выполнении той же работы экономить от 5 до 30% электрической энергии путем обеспечения работы электродвигателя при оптимальном КПД. В этом режиме инвертор автоматически отслеживает ток потребления, определяет параметры нагрузки и снижает выходное напряжение. Режим сбережения энергии особенно эффективен при управлении двигателями, работающими большую часть времени с малой (или переменной) нагрузкой.

ПИД-регулятор. Частотные преобразователи Omron имеют встроенный регулятор процесса (ПИД-регулятор). При работе в этом режиме необходим датчик обратной связи. Преобразователь регулирует скорость вращения двигателя таким образом, чтобы поддерживать определенный параметр системы в заданных пределах (например, давление или температуру). ПИД-регулятор позволяет применять преобразователь в системах, где необходимо точное поддержание скорости вращения вне зависимости от изменения нагрузки, поддержание давления газа или жидкости при переменном расходе, поддержание уровня жидкости и т.д.

Предотвращение резонанса. В некоторых случаях при работе на некоторых частотах в системе возникает механический резонанс. В этих условиях преобразователь может обходить резонансную частоту, продлевая ресурс двигателя.

Предотвращение опрокидывания. Эта функция работает в трех режимах - при разгоне, при работе и при торможении. При разгоне, если задано слишком большое ускорение и недостаточно мощности, инвертор автоматически увеличивает длительность разгона. Во время работы в случае перегрузки вместо аварийной остановки продолжается работа на меньшей скорости, что часто более предпочтительно, чем полная остановка. При торможении эта функция работает аналогично ускорению, то есть продлевается время торможения, если задана слишком большая скорость торможения.

Определение скорости. Иногда возникает необходимость запуска частотного преобразователя при вращающейся нагрузке. Для предотвращения опрокидывания в таком режиме применяется функция поиска скорости. При ее использовании инвертор определяет скорость вращения нагрузки при пуске и начинает управление не с нуля, а с этой скорости.

Прикладное программное обеспечение

Преобразователи частоты Omron для специализированных применений работают с прикладным программным обеспечением (ПО) CASE. CASE - это загружаемые в преобразователи программы для решения конкретных задач. ПО CASE превращает стандартные преобразователи в специализированный инструмент, позволяющий избежать использования дополнительного оборудования и увеличить общую надежность системы. Рассмотрим некоторые конкретные варианты ПО Omron для специального применения.

Прикладное ПО для кранов Omron Crane Application Software - это специальная разработка Omron-Yaskawa. Программа Omron Crane Application Software позволяет оптимальным образом настроить инвертор F7 с учетом специфических требований крановой техники, предъявляемых к программным и аппаратным средствам.

Прикладное ПО Omron для реализации электронного «передаточного вала» - это программная разработка Omron-Yaskawa для задач слежения за скоростью и положением, в которых ведомый привод точно отслеживает скорость и положение ведущего привода по сигналам энкодера. Прикладное ПО Omron для реализации электронного «передаточного вала» - идеальное решение для случаев, когда требуется синхронная работа двух двигателей.

Прикладное ПО Omron для намотки/размотки - это специальное программное решение Omron-Yaskawa для применения в устройствах намотки/размотки. ПО реализует специальный расчет задания момента и ограничения скорости при регулировании момента для инверторных приводов, управляющих операциями намотки/размотки. Прикладное ПО Omron для намотки/размотки - это идеальное решение для любых задач, связанных с перемоткой бумаги, текстиля, пластмассовых и металлических рулонных материалов.

Прикладное ПО Omron для поточечного позиционирования - программная разработка Omron-Yaskawa для систем, в которых используется позиционирование «от точки к точке». Предусмотрено перемещение как в абсолютной, так и в относительной системе отчета. Прикладное ПО Omron для поточечного позиционирования - идеальное решение для автоматических транспортеров, устройств для точного позиционирования и роликовых систем циклической подачи.

Прикладное ПО Omron для управления насосами - программная разработка Omron-Yaskawa для последовательного программного управления работой насосов (до двух дополнительных насосов). Прикладное ПО Omron для управления насосами - идеальное решение для установок очистки воды, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также для небольших трубопроводов.

Надежность частотных преобразователей Omron

Десятки миллионов приводов компании Omron-Yaskawa, установлены по всему миру. При этом испытания, которым подвергаются инверторы на конкретных объектах, зачастую значительно более серьезны, чем заводские. Расчетное время отказов, заложенное в конструкцию инверторов Omron, превышает промышленный стандарт, а реальные значения параметров на установленном оборудовании превышают расчетные значения. Надежность инверторов Omron по сравнению со средними значениями этого параметра на рынке частотных преобразователей иллюстрирует рисунок 6.

Рис. 6. Надежность частотных преобразователей Omron

Надежность инверторов Omron-Yaskawa определяется не только работой при повышенных температуре или несущей частоте. Входной контроль деталей, встроенные средства автоматического оптического контроля и методики непрерывного улучшения технологических параметров обеспечивают очень высокую надежность конечной продукции. Выбраковка изделий средствами выходного контроля производственной линии обычно не превышает 0,1%

Занятие №20.2.Схемы подключения преобразователей частоты  ф. OMRON


Силовая часть схемы управления  электроприводом листоправильной машины.

Листоправильная машина предназначена для правки листов прокатанного металла различных геометрических размеров методом перегиба для получения нужной планшетности листа. Схема силовой части электропривода листоправильной машины показана на рисунке №33. В данной схеме показана аппаратура управления для одного валка. При индивидуальном приводе механизмов листоправильной машины таких схем может быть 5, 7, 9. Они могут иметь разный диаметр валков и разную мощность электродвигателей. При правке листа все валки машины должны вращаться с одинаковой линейной скоростью. Если этого не происходит, то электродвигатели некоторых валков могут переходить в генераторный режим, напряжение на звене постоянного тока преобразователей частоты этих приводов будет увеличиваться и может произойти отключение преобразователя частоты по защите от недопустимого напряжения в звене постоянного тока. Процесс правки будет прекращен. Вычисление линейной скорости валка происходит в контроллере, для этого нужны данные по диаметру валка и угловой скорости. Данные по диаметру валка заносятся оператором при замене валков. Угловая скорость валка определяется в преобразователе частоты.

В схеме используются следующие элементы.

1QF1-Силовой автоматический выключатель

1KM1-Линейный контактор

1A1-Токоограничивающий реактор

1L1-Входной фильтр

1UZ1-Преобразователь частоты

1L2-Выходной фильтр

M-Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором

Работа схемы.

Для работы механизмом валка листоправильной машины необходимо включить силовой автоматический выключатель 1QF1. Далее оператор с панели управления дает команду через контроллер на включение линейного контактора. Механизм готов к работе. Для начала работы необходимо задать частоту вращения электродвигателя. Это производит оператор через панель оператора, которая находится на посту управления. Из панели управления сигнал подается в контроллер и далее по сети PROFIBUS в соответствующую плату в преобразователе частоты. Скорость вращения электродвигателей валков листоправильной машины в процессе правки листов металла меняется автоматически в зависимости от скорости вращения рольгангов перед ней.

Занятие №20.3 Программирование преобразователей частоты ф. OMRON F7

Занятие №21.1. Устройство, назначение преобразователей частоты фирмы SE 

Преобразователи частоты Schneider-Electric Altivar 71

Основные функции и характеристики преобразователя частоты Altivar 71:

  1.  Высокий момент и повышенная точность при работе на очень низкой скорости и улучшенные динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком в разомкнутой или замкнутой системе привода;
  2.  расширенный диапазон выходной частоты для высокоскоростных двигателей;
  3.  параллельное включение двигателей и специальные приводы с использованием скалярного закона управления;
  4.  точность поддержания скорости и энергосбережение для разомкнутого привода с синхронным двигателем;
  5.  плавное, безударное управление несбалансированными механизмами с помощью системы адаптации мощности.

Многофункциональность преобразователя Altivar 71 увеличивает производительность и гибкость использования машин для многочисленных применений:

  1.  Управление тормозом, адаптированное для приводов перемещения, подъема и поворота;
  2.  Весоизмерение;
  3.  Подъем с повышенной скоростью;
  4.  Контроль состояния тормоза;
  5.  Управление воздействием концевых выключателей окончания хода;
  6.  Выбор слабины тросов;
  7.  Минимальное время реакции при отработке команд: (2 ± 0,5) мс;
  8.  Задание по импульсному или дифференциальному аналоговому входу;
  9.  Управление по основным коммуникационным сетям;
  10.  Позиционирование по концевым выключателям окончания хода с оптимизацией работы на нижней скорости;
  11.  Мультипараметрирование путем переключения комплектов параметров;
  12.  Полоса пропускания до 50 Гц;
  13.  Минимальное время реакции при изменении задания: (2 ± 0,5) мс;
  14.  Управление по встроенной шине CANopen;
  15.  Простое позиционирование с помощью концевых выключателей окончания хода;
  16.  Высокое разрешение при цифровом задании скорости (1/32000);
  17.  Точность поддержания скорости вне зависимости от нагрузки при использовании синхронного двигателя;
  18.  Расширенная полоса пропускания;
  19.  Функция управления намоткой;
  20.  Подключение к промежуточному звену постоянного тока;
  21.  Выходная частота до 1600 Гц;
  22.  Быстрая управляемая остановка при обрыве сетевого питания;
  23.  Управление по встроенной шине CANopen;
  24.  Защита двигателя от перенапряжений;
  25.  ПИД-регулятор;
  26.  Высокое разрешение задающего сигнала;
  27.  Регулирование скорости или момента;
  28.  Подключение к основным коммуникационным сетям;
  29.  Раздельное питание цепей управления;
  30.  Тормозной модуль с рекуперацией энергии в сеть;
  31.  Подключение к общей сети постоянного тока;
  32.  Управление тормозом, адаптированное для комфортного движения кабины;
  33.  Обработка сигнала весового датчика;
  34.  Соответствие реле нормам безопасности лифтов;
  35.  Подключение к шине CANopen;
  36.  Управление с контролем исправности выходного контактора;
  37.  Функция эвакуации пассажиров из кабины.

Дополнительное оборудование:

В преобразователь частоты Altivar 71 можно установить одновременно до трех дополнительных карт:

  1.  карты расширения входов/выходов;
  2.  коммуникационные карты;
  3.  программируемая карта встроенного контроллера (Controller Inside), позволяющая быстро адаптировать преобразователь частоты к специальным применениям путем децентрализации функций системы управления;
  4.  интерфейсная карта цифрового датчика с дифференциальными выходами, совместимыми с RS 422, с открытым коллектором.

Преобразователь Altivar 71 может быть оснащен следующим дополнительным оборудованием:

  1.  тормозные модули и сопротивления (стандартные или предназначенные для подъемных механизмов)
  2.  модули рекуперации;
  3.  сетевые дроссели, дроссели звена постоянного тока и пассивные фильтры для уменьшения
  4.  гармонических токов;
  5.  дополнительные входные фильтры ЭМС;
  6.  дроссели двигателя и синусные фильтры для кабелей большой длины или для исключения необходимости экранирования.

Технические характеристики ПЧ ALTIVAR 71

Характеристики Altivar 71

Диапазон изменения выходной частоты

ATV 71H***M3

От 0 до 1600 Гц

ATV 71HD45M3X _ HD75M3X

От 0 до 500 Гц

Частота коммутации

ATV 71HD45M3X _ HD75M3X

ATV 71HD45N4 _ HC50N4

ATV 71WD45N4 _ WD75N4

Номинальная частота коммутации 4 кГц без уменьшения мощности в установившемся режиме

Настраиваемая при работе от 1 до 16 кГц

ATV 71HD18M3X, HD45M3X

ATV 71HD37N4 _ HD75N4

ATV 71WD37N4 _ WD75N4

Номинальная частота коммутации : 2,5 кГц без уменьшения мощности в установившемся режиме

Настраиваемая при работе от 1 до 16 кГц

ATV 71HD55M3X, HD75M3X

ATV 71HD90N4 _ HC50N4

Номинальная частота коммутации : 2,5 кГц без уменьшения мощности в установившемся режиме

Настраиваемая при работе от 2,5 до 8 кГц

Диапазон регулирования скорости

1000 в замкнутой системе с импульсным датчиком скорости

100 в разомкнутой системе

Переходный перегрузочный момент

170 % номинального момента двигателя (типовое значение ±10 %) в течение 60 с

220 % номинального момента двигателя (типовое значение ±10 %) в течение 2 с

Максимальный переходный ток

150 % номинального тока ПЧ в течение 60 с (типовое значение)

165 % номинального тока ПЧ в течение 2 с (типовое значение)

Закон управления

Векторное управление потоком с обратной связью по скорости (вектор тока)

Векторное управление потоком без обратной связи по скорости (вектор напряжения или тока)

Закон "напряжение/частота" (по 2 или 5 точкам)

Система адаптации мощности (Energy Adaptation System _ ENA) для неуравновешенных механизмов

Контур регулирования частоты

ПИ–регулятор с перестраиваемой структурой для получения характеристик по скорости,

адаптированных к механизму (точность и быстродействие)

Компенсация скольжения

Автоматическая, не зависящая от характера нагрузки. Возможны настройка и отключение. Не используется при законе "напряжение / частота"

Электрические характеристики

Наличие внутренних источников

С защитой от коротких замыканий и перегрузок:

- 1 источник +10 В ±5 %) для задающего потенциометра (от 2,2 до 10 кОм), максимальный ток 10 мА;

- 1 источник + 24 В (от 21 до 27 В) для входов управления, максимальный ток 200мА

Аналоговый вход Al1

аналоговый дифференциальный двухполярный вход c ±10 В

(максимальное неразрушающее напряжение: 24 В)

Время дискретизации: y (2 ± 0,5) мс

Разрешение: 11 бит + 1 знаковый бит

Точность: ±0,6 % при изменении температуры до 60 °C

Линейность: ±0,15 % максимального значения

Аналоговый вход Al2

1 аналоговый вход, конфигурируемый по напряжению или по току:

- аналоговый вход по напряжению c 0 _ 10 В, полное сопротивление 30 кОм

(максимальное неразрушающее напряжение: 24 В);

- аналоговый вход по току X_Y мА с программированием X и Y от 0 до 20 мА,

полное сопротивление 242 Ом

Время дискретизации: y (2 ± 0,5) мс

Разрешение: 11 бит

Точность: ±0,6 % при изменении температуры до 60 °C

Линейность: ±0,15 % максимального значения

Аналоговый выход

1 аналоговый выход, конфигурируемый по току или по напряжению:

- аналоговый выход по напряжению 0 –10 В пост. тока, мин. полное сопротивление нагрузки 470 Ом;

- аналоговый выход по току X–Y мА с программированием X и Y от 0 до 20 мА, полное сопротивление нагрузки 500 Ом

Время дискретизации: (2 ± 0,5) мс

Разрешение: 10 бит

Точность: ± 1 % при изменении температуры до 60 °С

Линейность: ± 0,2 %

Конфигурируемые релейные выходы

R1A, R1B, R1C

1 релейный выход с переключающим контактом

Минимальная переключающая способность: 3 мА для 24 В пост. тока

Максимальная переключающая способность:

- при активной нагрузке (cos = 1): 5 A для 250 В пер. тока или 30 В пост. тока;

- при индуктивной нагрузке (cos φ= 0,4 и L/R = 7 мс): 2 A для 250 В пер. тока или 30 В пост. тока

Время дискретизации < 7 мс

Количество коммутаций: 100000

R2A, R2B

1 релейный выход с НO контактом

Минимальная переключающая способность: 3 мА для 24 В пост. тока

Максимальная переключающая способность:

- при активной нагрузке (cos φ = 1): 5 A для 250 В пер. тока или 30 В пост. тока;

- при индуктивной нагрузке (cos φ = 0,4 и L/R = 7 мс): 2 A для 250 В пер. тока или 30 В пост. тока

Время дискретизации < 8 мс

Количество коммутаций: 100000

Дискретные входы LI1 - LI5

5 программируемых дискретных входа 24 В пост. тока, совместимых с ПЛК, стандарт МЭК 65АQ68, уровень 1

Полное сопротивление: 3,5 кОм

Максимальное напряжение: 30 В

Время дискретизации: (2 ± 0,5) мс

Многократное назначение позволяет сконфигурировать один вход под несколько функций

LI6

1 дискретный вход, конфигурируемый переключателем на дискретный вход

или вход для подключения терморезисторов PTC

Дискретный вход, характеристики идентичны LI1 _ LI5

Вход для подключения до 6 терморезисторов PTC, соединенных последовательно:

- номинальное значение < 1,5 кОм;

- сопротивление отключения 3 кОм, возврата 1,8 кОм;

- защита от к.з. < 50 Ом

Позитивная логика

Состояние 0, если < 5 В или дискретный вход не подключен, состояние 1, если >11 В

Негативная логика

Состояние 0, если > 16 В или дискретный вход не подключен, состояние 1, если < 10 В

Кривые разгона и торможения

Форма кривых:

- линейная с раздельной настройкой от 0,01 до 9000 с;

- S-, U-образная или индивидуальная

автоматическая адаптация темпа разгона и торможения в зависимости от нагрузки

Торможение до полной остановки

Динамическое торможение

-при подаче сигнала на программируемый дискретный вход

- автоматически при уменьшении частоты ниже 0,1 Гц в течение 0 _ 60 с или постоянно; ток настраивается от 0 до 1,2 In (только в разомкнутой системе)

Основные защиты и характеристики безопасности преобразователя частоты

Тепловая защита:

- от перегрева;

-силового каскада

Защита от:

- коротких замыканий между выходными фазами;

- обрыва фазы сетевого питания;

- перегрузок по току между выходными фазами и землей;

- перенапряжений в звене постоянного тока;

- обрыва цепи управления;

- превышения ограничения скорости

Функции защиты от:

- повышенного или пониженного напряжения питания;

- потери фазы входного питания

Защита двигателя

Встроенная в преобразователь тепловая защита, реализуемая посредством постоянного расчета I2t

с учетом скорости:

- сохранение теплового состояния двигателя;

- функция, изменяемая с помощью диалоговых средств в зависимости от типа охлаждения двигателя

(принудительное или естественное)

Защита от обрыва фаз двигателя

Защита с помощью терморезисторов PTC

Сопротивление изоляции цепи заземления

> 1МОм (электрическая изоляция) 500 В пост. тока в течение 1 мин

Коммуникационные возможности

Modbus, CANopen встроены в ПЧ и доступны с помощью соединителя типа RJ45

Условия эксплуатации

Степень защиты

ATV 71H***M3

IP 21 и IP 41 на верхней части и IP 20 на уровне клеммников подключения

IP20 без защитной крышки в верхней части

ATV 71HD55M3X, HD75M3X

IP 00, IP 41 на верхней части и IP 30 на передней и боковых частях

ATV 71W***N4

IP 54

Виброустойчивость

-пиковое значение амплитуды 1,5 мм при частоте от 3 до 13 Гц

-пиковое значение ускорения 1 g при частоте от 13 до 200 Гц

Занятие №21.2.Схемы подключения преобразователей частоты фирмы SE

Схема подключения Altivar 71:

(1) Сетевой дроссель по выбору .

(2) Контакты реле неисправности для дистанционной сигнализации состояния ПЧ.

(3) Подключение общей точки дискретных входов зависит от положения

переключателя SW1.

(4) Аналоговый вход, конфигурируемый по току (0 - 20 мA) или по напряжению (0 - 10 В).

Примечание: установите помехоподавляющие цепочки на всех индуктивных

цепях вблизи ПЧ или включенных в ту же сеть (реле, контакторы, электромагнитные клапаны, люминесцентные лампы и т.д.)

Электромагнитная совместимость АИН и АИТ с питающей сетью

При исследовании проблемы электромагнитной совместимости преобразователей частоты необходимо рассмотреть два самостоятельных вопроса: высшие гармоники, генерируемые преобразователем в сеть (коэффициент искажений), и потребляемая из сети реактивная мощность (фактор cosφ).

В ПЧ с АИТ сетевой преобразователь представляет собой управляемый (тиристорный) выпрямитель, работающий на сглаживающий дроссель большой индуктивности.

Высшие гармоники тока, генерируемые сетевым выпрямителем ПЧ с АИТ в питающую сеть, относительно невелики, поскольку ступенчато-прямоугольная форма входного тока обеспечивает реальный коэффициент гармоник не ниже0,96-0,97. При правильном выборе согласующего трансформатора или сетевого реактора в мощных преобразователях коэффициент искажения напряжения в точке подключения без дополнительных мероприятий не превышает нормируемое значение 5 %.

Иная картина при работе ПЧ с АИН. Здесь сетевой преобразователь - это неуправляемый (диодный) выпрямитель, работающий на емкостный фильтр.

Форма сетевого тока такого преобразователя в общем случае представляет собой несколько синусоидальных импульсов, возникающих при заряде емкости фильтра. Гармонический состав такого тока крайне неблагоприятен. Для его улучшения необходимо устанавливать реакторы и на вход выпрямителя, и в звено постоянного тока (LС-фильтр). Причем сводить всю индуктивность только в одно место схемы не рекомендуется, так как при этом ухудшаются другие характеристики выпрямителя (либо cosφ, либо коэффициент искажений напряжения).

По вопросу потребления реактивной мощности картина достоинств и недостатков ПЧ с АИТ и ПЧ с АИН зеркально меняется. В ПЧ с АИТ в номинальном режиме сетевой cosφ = 0,87-0,9 и ухудшается(снижается) пропорционально величине выходного напряжения инвертора. В ПЧ с АИН сетевой cosφ, как правило, не ниже значения 0,97.Улучшение сетевого cosφ для ПЧ с АИТ решается путем установки на вход компенсирующих или фильтро-компенсирующих устройств(ФКУ). Такое ФКУ, решая одновременно задачу фильтрации 5, 7 и 11-й гармоник, оказывается весьма небольшим и недорогим благодаря использованию современных малогабаритных косинусных конденсаторов. Таким образом, ни ПЧ с АИТ, ни ПЧ с АИН в классическом варианте своего построения не обладают необходимой электромагнитной совместимостью с сетью и требуют установки дополнительных устройств, поставляемых как опции.

Существенно улучшить электромагнитную совместимость АИТ с сетью можно путем замены управляемого выпрямителя на управляемый выпрямитель с искусственной коммутацией.

Назначение дополнительных устройств

Выходные фильтры и дроссели двигателя

С целью увеличения предельной длины кабеля соединяющего двигатель или группу параллельно включенных двигателей (в этом случае предельная длина кабеля определяется как сумма длин всех кабелей), а также ограничения dv/dt до значения 500 В/ мкс применяют:

  1.  выходные LR или LC фильтры и выходные дроссели для ПЧ Altivar 312 (см. каталог Altivar 312 стр. 40, 41);
  2.  дроссели двигателя для ПЧ Altivar 61 и Altivar 71 (см. каталоги Altivar 61 стр. 78 - 81 и Altivar 71 стр. 171 - 173);

Они устанавливаются в силовой цепи на выходе инвертора для ограничения скорости нарастания выходного напряжения ШИМ- инвертора, благодаря чему обеспечивается защита изоляции обмоток электродвигателя от пробоя при подключении его к инвертору на удалении до 100м.
  Дроссели подбираются по номинальному току и предельной длине кабеля (см. каталоги на Altivar 312, Altivar 61 и Altivar 71). Кроме того, выходные дроссели являются устройством защиты силовых модулей ПЧ от короткого замыкания в кабеле или обмотках двигателя. Хотя преобразователь и имеет встроенную защиту по максимальному выходному току, но при коротком замыкании ток может приобрести такую величину и скорость нарастания, что IGBT транзисторы выйдут из строя до того, как успеет сработать их защита. В этом случае выходной дроссель ограничит ток короткого замыкания до безопасного значения и снизит скорость его нарастания. У инвертора будет больше времени, чтобы обесточить выходные цепи, и, хотя двигатель все равно будет нуждаться в ремонте, транзисторы ПЧ останутся целы.
Выходные дроссели позволяют:

Ограничить dv/dt до значения 500 В/мкс;

Ограничить перенапряжение на зажимах двигателя до значения:

1000 В при 400 В пер. тока;
1150 В при 460 В пер. тока;

Отфильтровать помехи, обусловленные срабатыванием контактора, находящегося между фильтром и двигателем;

Уменьшить ток утечки на землю двигателя.

Из всего спектра преобразователей частоты Altivar, выходные дроссели или дроссели двигателя являются дополнительным оборудованием для преобразователей Altivar 312 (только дроссель двигателя), Altivar 61 и Altivar 71.

Синусные фильтры

  Синусные фильтры отфильтровывают высокочастотные гармоники, создаваемые ПЧ. Они предназначены для устранения проблем, связанных с удаленным подключением двигателя и защиты изоляции его обмоток. В случае применения синусного фильтра на двигатель подается практически синусоидальное напряжение, что позволяет удалять двигатель на расстояние до 1000 метров. Кроме того, эти фильтры необходимы при параллельном включении двигателей.
  При проектировании следует помнить, что применение синусных фильтров строго обязательно при включении промежуточного трансформатора между преобразователем и двигателем.
  Синусные фильтры являются дополнительным оборудованием для преобразователей Altivar 61 и Altivar 71. Конкретный тип фильтра или дросселя необходимо выбирать по таблицам, приведенным в каталогах в соответствии с типом, мощностью преобразователя, а также длиной кабеля.

  При проектировании следует помнить, что синусный фильтр никогда не используется если в системе применен датчик обратной связи по скорости.
  Выбор дросселей двигателя и синусных фильтров в зависимости от технической задачи и типа ПЧ представлен в таблице 7.

Сетевые дроссели

Простейшим способом снижения уровня генерируемых нелинейными нагрузками высших гармоник тока во внешнюю сеть является последовательное включение линейных дросселей (рис. 37 а, б). Такой дроссель имеет малое значение индуктивного сопротивления на основной частоте 50 Гц и значительные величины сопротивлений для высших гармоник, что приводит к их ослаблению. При этом снижается коэффициент искажения амплитуды тока (крест-фактор) - Ka и коэффициент искажения действующего значения входного тока - Kg.


где:
Iим - амплитуда импульса тока, I - действующее значение несинусоидального тока.


где:
I- действующее значение основной (первой) гармоники тока,
In - действующее значение «n»-ой гармоники тока.
Коэффициент искажения действующего значения тока определяется по формуле:

Сетевой дроссель защищает преобразователь частоты при коротких замыканиях на его выходе, ограничивая скорость нарастания тока короткого замыкания и установившийся ток короткого замыкания, способствуя успешному срабатыванию токовой защиты преобразователя частоты. Кроме того, провалы и всплески напряжения на входе приводят к кратковременному увеличению токов через диоды неуправляемого выпрямителя. Вызвано это свойством конденсаторов в промежуточном звене постоянного тока. При скачкообразном увеличении напряжения на входе преобразователя частоты напряжение на конденсаторе увеличивается плавно по экспоненциальному закону, а скорость нарастания тока через диоды ограничивается только собственной индуктивностью питающей сети (практически не ограничивается), и при определенных уровнях перенапряжения всплески тока становятся выше критической величины для диода, который выходит из строя.
  При перекосах фаз питающего напряжения, вызванного неравномерностью нагрузки, подключенной к разным фазам, использование сетевого дросселя приводит к выравниванию линейных напряжений на входе преобразователя частоты. Это объясняется тем, что большие линейные напряжения приводят к большим падениям напряжения на реактивном сопротивлении сетевого дросселя и соответственно меньшие линейные напряжения вызывают меньшие падения напряжения, в результате трехфазная система напряжений выравнивается. Перекосы напряжения по фазам вызывают увеличение токов через диоды неуправляемого выпрямителя, что также может привести к выходу их из строя.
  Рекомендуемые дроссели позволяют ограничить линейный ток. Рекомендации по использованию дросселей разработаны в соответствии с требованиями стандарта EN 50178.
  Значения индуктивности должны соответствовать падению напряжения от 3 до 5 % номинального напряжения сети. Более высокое значение вызывает потерю момента.

Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется в следующих случаях:

при наличии в сети питания значительных помех от другого оборудования;

при асимметрии напряжения питания между фазами > 1,8 % номинального напряжения;

при питании ПЧ от линии с низким полным сопротивлением (преобразователь расположен рядом с трансформаторами, в 10 раз более мощными, чем преобразователь). Ожидаемый ток короткого замыкания, в точке подключения ПЧ, не должен превышать максимальных значений, приведенных в таблицах. При использовании сетевых дросселей можно подключаться к сетям:

/ ток к.з. > 22 кА при 200/240 В;
/ ток к.з. > 65 кА при 380/500 В и 525/600 В)

при установке большого количества ПЧ на одной линии;

для уменьшения перегрузки конденсаторов, повышающих cos ф, если установка оснащена батареей конденсаторов для повышения коэффициента мощности.

Из всего спектра преобразователей частоты Altivar, сетевые дроссели являются дополнительным оборудованием для преобразователей Altivar 312, Altivar 61 и Altivar 71.
  Использование сетевых дросселей является обязательным при питании трехфазных преобразователей ATV 71HU40M3 - HU75M3 от однофазной сети 200 - 240 В, 50/60 Гц, ATV 61HU40M3 - HU75M3 от однофазной сети 200 - 240 В, 50/60 Гц.
  Для выбора необходимого дросселя достаточно воспользоваться каталогом на соответствующий тип преобразователя частоты.
  Altivar 312 - стр. 36, 37;
  Altivar 61 - стр. 66 - 68;
  Altivar 71 - стр. 156 - 160.

Пассивные фильтры

Являются дополнительным или встроенным оборудованием для всех типов преобразователей.
Для уменьшения гармонических составляющих тока при использовании преобразователей в первой зоне применяются пассивные фильтры. Так же как и сетевые дроссели, они устанавливаются по питанию непосредственно перед ПЧ.
Пассивный фильтр позволяет уменьшить гармоники тока с полным уровнем искажения меньше 10 - 16 %. Эти искажения могут быть уменьшены до 5 - 10 % при совместном применении с дросселем постоянного тока. Недостатком применения пассивных фильтров является увеличение реактивной мощности при работе на холостом ходу или при небольшой нагрузке. Для снижения реактивной мощности конденсаторы фильтра могут быть отключены с помощью контактора, управляемого с релейного выхода ПЧ, например, при значении тока меньше 10 % номинального тока преобразователя частоты (In); (см. «Руководство по Программированию»).

Дроссели постоянного тока

Подключаются к специальным клеммам преобразователя частоты и являются дополнительным звеном фильтра силового выпрямителя. Они еще более эффективно, чем сетевые дроссели улучшают коэффициент мощности и подавляют высшие гармоники. Дроссель постоянного тока позволяет уменьшить гармонические составляющие тока для соответствия стандарту 61000-3-2 для преобразователей частоты с сетевым током от 16 до 75 A. Преобразователь, оснащенный дросселем, соответствует проекту стандарта МЭК/61000-3-12.
Дроссель поставляется в комплекте с преобразователями ATV 71HD55M3X, HD75M3X и ATV71HD90N4 - HC50N4, ATV61HD55M3X, HD90M3X и ATV 61HD90N4 - HC63N4 и встраивается в преобразователи ATV61W***N4, ATV 61W***N4C и ATV61HD18N4 « 75N4.
Таким образом, применение дросселей постоянного тока способствует:

уменьшению гармонических составляющих тока;

сохранению момента двигателя по сравнению с применением сетевого дросселя;

уменьшению суммарного коэффициента гармоник на 5 -10 % по сравнению с применением пассивных фильтров.

Входные фильтры подавления радиопомех

Все преобразователи частоты серии Altivar (*) снабжены входными фильтрами подавления радиопомех в соответствии со стандартами МЭК 1800-3 и EN 61800-3, что отвечает требованиям ЕС по электромагнитной совместимости.
  Дополнительные фильтры позволяют удовлетворять самым жестким требованиям: они предназначены для уменьшения наведенного излучения в сети ниже пределов, установленных стандартами EN 55011 класс A (1) или EN 55022, класс B.
  Более подробная информация о случаях, в которых необходимо использовать фильтры, приведена в каталогах.
  Фильтры имеют отверстия для крепления к преобразователям.
  Фильтры могут применяться только при питании от сети типа TN (соединение с нейтралью) и TT (соединение с глухозаземлен- ной нейтралью).
Фильтры нельзя применять в сетях типа IT (с резонансно-заземленной или изолированной нейтралью).
  В приложении D2.1 стандарта МЭК 1800-3 указано, что при этом типе питания фильтры не должны использоваться, так как они могут привести к случайному срабатыванию устройств контроля изоляции. Эффективность фильтров при таком типе питания зависит от сопротивления между нейтралью и землей, поэтому их применение не рекомендуется.
  Если установка должна быть подключена к сети типа IT, то решить проблему можно включением изолирующего трансформатора и локального подключения установки к сети типа TN или TT
  ЭМС преобразователей частоты и установки компенсации реактивной мощности
Если низковольтовая распределительная сеть оснащена установками компенсации реактивной мощности, существует вероятность возникновения резонансных явлений. Эта проблема может возникнуть при любом способе компенсации реактивной мощности (централизованная, групповая или индивидуальная компенсация). Опасность заключается в том, что резонансные явления на высших гармониках являются причиной больших искажений токов и напряжений в распределительных сетях и вызывают перегрузку силовых конденсаторов.
  В процессе пуска и торможения с помощью преобразователя частоты, работающего с управлением силовых модулей широтно-импульсной модуляцией, формируется высокочастотная помеха с изменяющимся спектром. Поэтому определить конкретную частотную область возникновения резонанса достаточно трудно.
  Решением проблемы может быть применение частотно-регулируемых приводов, соответствующих стандарту МЭК/EN 55011, класс А, группа 1, МЭК/EN 61800-3, категория С2 и МЭК/EN 55011, класс В, группа 1, МЭК/EN 61800-3, категория С1, наведенные и излучаемые помехи которых настолько малы, что не вызывают резонансных явлений. К таким ПЧ относятся преобразователи, оснащенные встроенными или дополнительными фильтрами ЭМС.
  Наиболее эффективное подавление радиопомех достигается одновременным применением ЭМС фильтров и сетевых дросселей.

Занятие №21.3 Параметрирование преобразователей частоты фирмы SE

Электромагнитная совместимость в системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД)

В автономных инверторах напряжения (АИН) формирование выходных сигналов осуществляется методами широтно-импульсной модуляции (ШИМ) прямоугольной формы одинаковой амплитуды, но разной длительности, полезная составляющая которой имеет форму синусоиды заданной частоты и амплитуды.

Крутизна фронта импульсов определяется скоростью переключения импульсов напряжения силовых ключей автономных инверторов напряжения. При использовании различных полупроводниковых приборов она составляет для тиристоров SCR 4-10 мкс, для транзисторов IGBT 0,05-0,1 мкс.

Существенно более высокое быстродействие транзисторов IGBT, являющееся преимуществом для реализации высокочастотной широтно-импульсной модуляции и минимизации потерь энергии в АИН и АД, негативно проявляется в протекании переходных процессов в цепи АИН - соединительный кабель - АД на интервалах времени фронта. В этом случае, согласно теории цепей, кабель следует рассматривать как однородную длинную линию с распределенными параметрами. Прохождение импульсного сигнала с крутым фронтом вызывает в кабеле волновые процессы, приводящие к появлению перенапряжений на зажимах двигателя[1].

Кабель, длина которого соизмерима с длиной волны, считается «длинным кабелем». Критической считается длина кабеля, равная половине длины волны, при которой к обмоткам АД прикладываются импульсы напряжения, близкие к двойному напряжению.

Волновые процессы наиболее опасны для изоляции обмотки АД, так как в ней могут возникать значительные перенапряжения (до 1000 В) при номинальном напряжении 400 В [2]. При быстром нарастании напряженности электрического поля на фронте волны в изоляции машины возникают заметные диэлектрические потери. Увеличение несущей частоты ШИМ с целью улучшения энергетических показателей преобразователей частоты и приближения полезной составляющей выходного напряжения преобразователя к синусоиде также приводит к повышению вероятности возникновения перенапряжений и увеличению диэлектрических потерь. В результате этих процессов срок службы изоляции АД сократился до 3—4 лет. Методы ШИМ-управления, оказав благотворное влияние на выходной ток АИН и приблизив его к синусоиде, одновременно превратили ранее «безболезненную» для двигателя прямоугольную форму выходного напряжения в серию прямоугольных импульсов, следующих с высокой частотой и имеющих передний фронт высокой крутизны.

Электромагнитная совместимость АИН и АИТ с питающей сетью

Выбор типа преобразователя для частотно-регулируемого привода связан в первую очередь с решением задачи компенсации реактивной мощности нагрузки. Любой автономный инвертор как ключевой коммутатор при работе на индуктивную нагрузку должен содержать в своем составе конденсаторы в качестве энергопоглотителей для исключения перенапряжений при мгновенной коммутации тока с фазы на фазу двигателя. В автономном инверторе тока такие конденсаторы находятся на стороне нагрузки (на стороне переменного тока). Как любые токовые источники подобного типа, они содержат в звене постоянного тока дроссель большой индуктивности, работающий как фильтр. Схемная модификация первых автономных инверторов тока (АИТ), в которой компенсирующие конденсаторы через мост обратных диодов были вынесены на сторону постоянного тока, получила в дальнейшем название автономного инвертора напряжения (АИН), поскольку, оказавшись на входе инвертора, конденсаторы стали одновременно играть роль С-фильтра, придав такому инвертору свойства источника напряжения. На протяжении нескольких десятилетий именно вид входного фильтра являлся основным классификационным признаком АИТ и АИН.

При исследовании проблемы электромагнитной совместимости преобразователей частоты необходимо рассмотреть два самостоятельных вопроса: высшие гармоники, генерируемые преобразователем в сеть (коэффициент искажений), и потребляемая из сети реактивная мощность (фактор cosφ).

В ПЧ с АИТ сетевой преобразователь представляет собой управляемый (тиристорный) выпрямитель, работающий на сглаживающий дроссель большой индуктивности.

Высшие гармоники тока, генерируемые сетевым выпрямителем ПЧ с АИТ в питающую сеть, относительно невелики, поскольку ступенчато-прямоугольная форма входного тока обеспечивает реальный коэффициент гармоник не ниже0,96-0,97. При правильном выборе согласующего трансформатора или сетевого реактора в мощных преобразователях коэффициент искажения напряжения в точке подключения без дополнительных мероприятий не превышает нормируемое значение 5 %.

Иная картина при работе ПЧ с АИН. Здесь сетевой преобразователь - это неуправляемый (диодный) выпрямитель, работающий на емкостный фильтр.

Форма сетевого тока такого преобразователя в общем случае представляет собой несколько синусоидальных импульсов, возникающих при заряде емкости фильтра. Гармонический состав такого тока крайне неблагоприятен. Для его улучшения необходимо устанавливать реакторы и на вход выпрямителя, и в звено постоянного тока (LС-фильтр). Причем сводить всю индуктивность только в одно место схемы не рекомендуется, так как при этом ухудшаются другие характеристики выпрямителя (либо cosφ, либо коэффициент искажений напряжения).

По вопросу потребления реактивной мощности картина достоинств и недостатков ПЧ с АИТ и ПЧ с АИН зеркально меняется. В ПЧ с АИТ в номинальном режиме сетевой cosφ = 0,87-0,9 и ухудшается(снижается) пропорционально величине выходного напряжения инвертора. В ПЧ с АИН сетевой cosφ, как правило, не ниже значения 0,97.Улучшение сетевого cosφ для ПЧ с АИТ решается путем установки на вход компенсирующих или фильтро-компенсирующих устройств(ФКУ). Такое ФКУ, решая одновременно задачу фильтрации 5, 7 и 11-й гармоник, оказывается весьма небольшим и недорогим благодаря использованию современных малогабаритных косинусных конденсаторов. Таким образом, ни ПЧ с АИТ, ни ПЧ с АИН в классическом варианте своего построения не обладают необходимой электромагнитной совместимостью с сетью и требуют установки дополнительных устройств, поставляемых как опции.

Существенно улучшить электромагнитную совместимость АИТ с сетью можно путем замены управляемого выпрямителя на управляемый выпрямитель с искусственной коммутацией.

Занятие №22.1. Устройство, назначение преобразователей частоты ф. SIEMENS

Стандартные преобразователи частоты SIEMENS

Преобразователи частоты SIEMENS Simovert MasterDrives

Преобразователи частоты SIEMENS Sinamics G150

Преобразователи частоты SIEMENS Sinamics G130

Преобразователи частоты SIEMENS Sinamics G120

Привода постоянного тока SIEMENS SIMOREG

1) Стандартные преобразователи частоты SIEMENS

Частотные преобразователи SIEMENS MICROMASTER 400
Семейство преобразователей с широкими функциональными возможностями
Для стандартных решений до приводов с высокими динамическими показателями MICROMASTER 440 с бездатчиковым векторным управлением в диапазоне мощностей до 250 кВт.
Каждый преобразователь семейства SIEMENS MICROMASTER отличается удобством в обращении (начиная от установки и пуска в эксплуатацию, заканчивая управлением оператора) и простотой адаптации к будущим требованиям.

а) Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 440
Привода с высокими динамическими показателями
Преобразователь частоты SIEMENS MICROMASTER 440 был специально разработан для решения сложных функциональных задач с высокими требованиями к динамике. Система векторного управления обеспечивает высокое качество работы привода даже при резких изменениях нагрузки. С помощью быстрых входов и функции точного останова возможно точное позиционирование без использования энкодера. Благодаря интегрированному тормозному резистору, привод работает с высокой точностью даже во время торможения и в режимах резкого замедления скорости. Все это возможно в диапазоне мощностей от 0.12 кВт до 250 кВт.
Типовое применение:
Множественное применение в области управления технологическими процессами: текстильная индустрия, подъемно-транспортная техника, машиностроение, пищевая, табачная и алкогольная промышленность.
Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 440 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 200–240 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 3 кВт
200–240 В, ± 10%, 3 AC, от 0.12 до 45 кВт
380–480 В, ± 10%, 3 AC, от 0.37 до 250 кВт
500–600 В, ± 10%, 3 AC, от 0.75 до 90 кВт
Рабочая температура: от 0.12 до 75 кВт (CT): от –10 °C до +50 °C
от 90 до 200 кВт (CT): от 0 °C до +40 °C
Тип управления: Встроенный PID регулятор (автонастройка), Векторное управление, Поддержание потока двигателя постоянным (FCC), Скалярное управление, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 6 цифровых входов, 2 аналоговых входа, 1 PTC/KTY вход
Выхода: 2 релейных выхода, 2 аналоговых выхода
Интеграция в системы автоматизации: Идеальный вариант для интеграции в системы автоматизации начиная с SIEMENS SIMATIC S7-200 до системы Комплексной Автоматизации (TIA) с SIEMENS SIMATIC и SIEMENS SIMOTION

б) Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 430
Специалист по насосам и вентиляторам
Каждая задача, выполняемая приводной системой, имеет свои собственные требования. Поэтому существуют задачи легкой и гибкой адаптации к постоянно меняющейся технологической обстановке. Модульный привод SIEMENS MICROMASTER 430 как раз отвечает таким требованиям к гибкости. Специальное использование для насосов и вентиляторов позволяет использовать его в широком спектре задач для различных индустрий. По сравнению с SIEMENS MICROMASTER 420 его особенностями являются большие выходные мощности, большее количество входов/выходов и оптимизированная панель оператора с возможностью переключения между ручной и автоматической работой.
Типовое применение:
Применение в области водоснабжения, отопления, вентиляции и в установках для кондиционирования воздуха и т.д.
Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 430 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 380–480 В, ± 10%, 3 AC, от 7.5 до 250 кВт
Рабочая температура: от –10 °C до +40 °C
Тип управления: Встроенный PID регулятор, Поддержание потока двигателя постоянным (FCC), Скалярное управление, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 6 цифровых входов, 2 аналоговый входа, 1 PTC/KTY вход
Выхода: 2 релейных выхода, 2 аналоговый выхода
Интеграция в системы автоматизации: Идеальный вариант для интеграции в системы автоматизации начиная с SIEMENS SIMATIC S7-200 до системы Комплексной Автоматизации (TIA) с SIMATIC и SIMOTION

в) Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 420
Универсальный преобразователь для любой задачи
Вам необходим преобразователь частоты, который способен обеспечить Ваши требования без лишних усилий? Это не составит Вам проблем с преобразователями частоты SIEMENS MICROMASTER 420 - универсальным инвертором для работы с 3-х фазными сетями и дополнительными полевыми шинами. Благодаря модульной конструкции, стандартные функции могут быть дополнены выбором из широкого набора опций. Панели оператора и коммуникационные модули могут быть просто подключены к приводу без каких либо инструментов. Подключение к клеммам управления осуществляется с помощью безвинтовых креплений.
Типовое применение:
Конвейерные системы, насосы, вентиляторы, подъемно-транспортная техника, машиностроение.
Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 420 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 200–240 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 3.0 кВт
200–240 В, ± 10%, 3 AC, от 0.12 до 5.5 кВт
380–480 В, ± 10%, 3 AC, от 0.37 до 11 кВт
Рабочая температура: от –10 °C до +50 °C
Тип управления: Встроенный PI регулятор. Скалярное управление, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 3 цифровых входа, 1 аналоговый вход
Выхода: 1 релейный выход
Интеграция в системы автоматизации: Идеальный вариант для интеграции в системы автоматизации начиная с SIEMENS SIMATIC S7-200 до системы Комплексной Автоматизации (TIA) с SIEMENS SIMATIC и SIEMENS SIMOTION

г) Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 411 и COMBIMASTER 411
Преобразователь частоты для задач с децентрализованной периферией
Последнее поколение преобразователей частоты SIEMENS MICROMASTER 411 обеспечивает все требования к децентрализованной приводной технологии. Это модульный, гибкий и надежный привод, полностью интегрируемый в систему Комплексной Автоматизации (TIA). В комбинации с энергосберегающим двигателем формируется компактное приводное решение SIEMENS COMBIMASTER 411, идеально подходящее для децентрализованных задач. Использование его позволит сэкономить место для монтажа, а так же заметно снизить затраты на проводку кабеля и на будущее расширение системы. С широким спектром опций и вариантов комплектации могут быть удовлетворены любые требования.
Типовое применение:
Широкий спектр решений приводных задач - от управления насосами или вентиляторами до управления многодвигательными конвейерными системами. Преобразователи частоты серии SIEMENS MICROMASTER 411 разработаны с учетом возможности монтажа на двигатели различных производителей: как российских, так и зарубежных.
Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 411 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 380-480 В, ±10 %, 3 AC, от 0.37 кВт - 3.0 кВт
Рабочая температура: от –10 °C до +40 °C
Тип управления: Встроенный PI регулятор, Поддержание потока двигателя постоянным (FCC), Скалярное управление, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 3 цифровых входа, 1 аналоговый вход
Выхода: 1 релейный выход
Интеграция в системы автоматизации: Идеальный вариант для интеграции в систему Комплексной Автоматизации (TIA) с помощью интерфейса PROFIBU

д) Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 410
Недорогое решение для стандартных задач
Простое решение для простых задач. Диапазон мощностей - от 0.12 до 0.75 кВт. SIEMENS MICROMASTER 410 - недорогое решение для 3-х фазных двигателей с регулируемой частотой вращения в однофазных сетях. Преобразователь отличается компактным исполнением и простой установкой и наладкой. Этот самый маленький преобразователь в семействе SIEMENS MICROMASTER. Он может быть установлен в небольшом шкафу управления, занимая минимальное пространство.
Типовое применение:
Насосы, вентиляторы, рекламные щиты, гаражные двери, торговые автоматы, упаковочные машины.
Преобразователи частоты SIEMENS MICROMASTER 410 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 100–120 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 0.55 кВт
200–240 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 0.75 кВт
Рабочая температура: от –10 °C до +50 °C
Тип управления: Скалярное управление, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 3 цифровых входа, 1 аналоговый вход
Выхода: 1 релейный выход
Интеграция в системы автоматизации: SIEMENS LOGO! и SIEMENS SIMATIC S7-200
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G
Новое семейство преобразователей частоты для инновационных и ориентированных на будущее решений
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G – новое семейство электроприводов от Siemens для инновационных и ориентированных на будущее решений. Семейство характеризуется следующими отличительными особенностями:
-Интегрированные функции благодаря платформенному концепту
-Комплексная интеграция в инжиниринг
-Высокий уровень гибкости и возможность использования различных комбинаций компонентов
-Широкий спектр предлагаемых продуктов и услуг.

а) Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G110
Компактное решение для маломощных приводов
Преобразователь частоты SIEMENS SINAMICS G110 — это частотный преобразователь с базовым набором функций для промышленного применения в приводах, требующих регулирования скорости. Чрезвычайно компактный преобразователь SINAMICS G110 обеспечивает регулирование скорости по скалярному закону управления при питании от однофазной сети с напряжением 200...240 В.
Это идеальный недорогой частотный преобразователь для маломощных приводов.
Отличительные особенности
-Простота установки и подключения с использованием безвинтовых терминалов
-Удобное и простое параметрирование и ввод в эксплуатацию с программным обеспечением SIZER и STARTER и с помощью базовой панели оператора (BOP)
-Быстрая настройка нескольких приводов благодаря быстрому копированию параметров с одного преобразователя на другой с помощью панели BOP
Типовое применение:
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G110 предназначены для насосов и вентиляторов или для правления в различных промышленных секторах, таких как пищевая, текстильная и упаковочная промышленности, также отлично подходят для конвейеров, механизмов электрических дверей и как универсальные привода для перемещения рекламных щитов.
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G110 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 200–240 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 3 кВт
Рабочая температура от –10 °C до +40 °C
Тип управления: Скалярное управление, Квадратичная U/f характеристика, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 3 цифровых входа, вариант с 1 аналоговым входом, вариант с RS485 интерфейсом (USS протоколом)
Выхода: 1 релейный выход

б) Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G120
Модульный преобразователь для широкого спектра применений
Преобразователь частоты SINAMICS G120 – это модульный преобразователь, обеспечивающий широкие функциональные возможности. Основными модульными компонентами преобразователя являются:
-Модуль управления (CU)
-Силовой блок (PM)
Модуль управления контролирует силовой блок, к которому подключен электродвигатель. Так же модуль управления позволяет подключать различные интерфейсы связи для обеспечения управления и мониторинга системы электропривода. Модульные компоненты могут свободно комбинироваться для обеспечения любых требований к функциональности и мощности системы электропривода. Диапазон мощностей составляет от 0.37 кВт до 90 кВт.
Отличительные особенности:
-Инновационные функции интегрированной системы безопасности, способность возврата избыточной энергии в питающую сеть, новый концепт охлаждения
-Быстрый инжиниринг и быстрая наладка с использованием программных средств SIZER и STARTER, а так же создание резервных копий данных с помощью панели оператора BOP и карты памяти MMC
-Эффективные и консистентные решения благодаря Комплексной Автоматизации (Totally Integrated Automation - TIA), совместимость SINAMICS с любым уровнем автоматизации
Типовое применение:
Преобразователь частоты SIEMENS SINAMICS G120 особенно подходит для применения в качестве универсального преобразователя для технологического процесса в любой индустрии. Преобразователь используется для таких секторов, как автомобилестроение, текстильная промышленность, печатные машины, химическое производство, а так же грузоподъемная техника, конвейерные системы.
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G120 – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 380–690 В, ± 10%, 3 AC, от 0.37 до 90 кВт
Тип управления: Векторное управление, Поддержание потока двигателя постоянным (FCC), Скалярное управление, Квадратичная U/f характеристика, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: до 9 цифровых входов, 2 аналоговых входа
Выхода: 3 цифровых выхода, 2 аналоговых выхода

в) Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G120D
Преобразователь частоты для задач с децентрализованной периферией
Преобразователь частоты SINAMICS G120D со степенью защиты IP65 являются продолжением линейки преобразователей SIEMENS SINAMICS G120 с возможностью организации децентрализованных приводных систем. Модульная конструкция, инновационные технологии безопасности и возможности расширения дополняются хорошо проработанным дизайном и высокой степенью защиты. Благодаря широкому спектру мощностей до 7.5 кВт преобразователь SIEMENS SINAMICS G120D может быть использован в бесшкафном исполнении для применений, где необходимо частотное регулирование. Дискретные входа и выхода позволяют подключать датчики и исполнительные механизмы напрямую к преобразователю. Внешние сигналы могут обрабатываться непосредственно в преобразователе для локального контроля над процессом, а так же могут посылаться на удаленное управление благодаря протоколу PROFIBUS, например, на верхний уровень автоматизации.
Отличительные особенности:
-Инновационные функции интегрированной системы безопасности, способность возврата избыточной энергии в питающую сеть
-Быстрый инжиниринг и быстрая наладка. Время наладки и время на сервисное обслуживание оптимизированы благодаря использованию стандартных коннекторов для силового подключения, стандартных элементов коммуникации и датчиков – опционально предлагается карта памяти MMC для сохранения параметров.
-Эффективные и консистентные решения благодаря Комплексной Автоматизации (Totally Integrated Automation - TIA), совместимость SINAMICS с любым уровнем автоматизации
Типовое применение:
Преобразователь частоты SIEMENS SINAMICS G120D применяется для регулирования асинхронных двигателей в замкнутых и разомкнутых системах в различных индустриях. Преобразователь был специально разработан для использования в конвейерных системах, в частности для автомобильной промышленности, где применяется множество децентрализованных однодвигательных преобразователей. Дополнительно, преобразователь может быть использован для приводов с высокими требованиями к динамике, например, для аэропортов, для пищевой и упаковочной промышленности, для электрического монорельсового транспорта, а так же для систем дистрибуция и логистики.
Преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G120D – Технические данные
Диапазон напряжений и мощностей: 300–500 В, ± 10%, 3 AC, от 0.75 до 7,5 кВт
Рабочая температура: от –10 °C до +40 °C
Тип управления: Веторное управление с/без датчика, Скалярное управление, Квадратичная U/f характеристика, Параметрируемая U/f характеристика
Входа: 6 цифровых входов
Выхода: 2 релейных выхода

Преобразователь SIEMENS SIMATIC ET200S FC
Преобразователь частоты для распределенной периферии
Преобразователи частоты SIEMENS ET 200S FC открывают новые возможности применения приводных систем для децентрализованной периферии. Этот преобразователь может выполнять как простые задачи с поддержанием заданной частоты, так и более сложные с высокими требованиями к динамике при использовании векторного управления без датчика скорости. Интегрированные функции безопасности позволяют оптимизировать затраты на проектирование системы электропривода.
Отличительные особенности:
-Установка модулей без использования специальных инструментов
-Затраты на проектирование уменьшены благодаря установке всех модулей на эквипотенциальной шине с подводом питания и всех необходимых коммуникаций
-Легко заменяемые модули
-«Горячая» замена модулей (модули могут быть заменены при работе)
-Функции глубокой диагностики для максимальной работоспособности
-Интегрированные функции безопасности
Типовое применение:
SIEMENS SIMATIC ET 200S FC применяется для управления асинхронными двигателями в замкнутых и разомкнутых системах в различных областях. Преобразователь применяется в многодвигательных децентрализованных системах, например для конвейеров. Управление группой преобразователей осуществляется по сети PROFIBUS. Компактный дизайн и модульная конструкция преобразователей позволяет конфигурировать их в бесшкафном исполнения. Так же SIEMENS ET200S FC находит свое применение в упаковочном, автомобильном производстве, а так же в системах логистики.
SIEMENS ET 200S FC – Технические данные:
Диапазон напряжений и мощностей: 380–480 В, ± 10%, 3 AC, 0.75 кВт, 2.2 кВт, 3 кВт
Тип управления: Векторное управление, Поддержание потока двигателя постоянным (FCC), Скалярное управление, Квадратичная U/f характеристика, Параметрируемая U/f характеристика
Интеграция в системы автоматизации: Полная интеграция в SIEMENS SIMATIC, SIEMENS ET 200S

2) Преобразователи частоты SIEMENS Simovert MasterDrives

SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES - преобразователии частоты для промышленных приводов
SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES - это преобразователи частоты со звеном постоянного напряжения с полностью цифровым управлением и выходным каскадом на IGBT. Серия Vector Control отличается расширенными функциональными возможностями и самой мощной системой управления.
Благодаря модульной конструкции и гибкой системе управления преобразователи SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control прекрасно подходят для самых разнообразных областей применения, но в наибольшей степени их возможности проявляются в:
-точных и высокопроизводительных электроприводах с жесткими требованиями к динамическим характеристикам
-машинах с резкопеременной нагрузкой
-крупных автоматизированных установках
Модульность - всеобщий принцип построения преобразователей SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES.
-CUVC - базовый блок, реализует основные функции управления и содержит минимальное число входов-выходов
-CBP, CBC, SLB - коммуникационные модули для шин PROFIBUS, CAN и SIMOLINK
-T300/T400 - технологические модули, позволяющие решать задачи электрического вала, позиционирования и др.
-EB1, EB2 - модули расширения цифровых и аналоговых входов и выходов
Любой преобразователь - от 2.2 до 5000кВт, для синхронных и асинхронных двигателей состоит из одинаковых аппаратных модулей с единой системой подключений и стандартным интерфейсом, одинаковым программным обеспечением. Следовательно, не вызывает трудностей интеграция приводов в систему управления верхнего уровня, замена модулей и модернизация оборудования. Кто научился работать с одним устройством, сможет работать со всеми остальными.
Мощная и гибкая система управления
Принцип построения системы управления - одна из основных особенностей SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES. Процесс построения системы управления можно сравнить с разработкой электрической схемы. Блоки, осуществляющие функции оперативного управления, преобразования сигналов, связи и диагностики, соединяются в произвольном порядке с помощью т.н. коннекторов и бинекторов. При этом появляется возможность использовать как стандартные структуры, так и строить собственные, наиболее подходящие для конкретного применения. Наличие таких блоков, как нелинейное преобразование сигнала, таймеры, математические и логические функции позволяет возложить на преобразователь функции управления технологическим процессом. Функции автоматического повторного включения, технологический ПИД-регулятор и многие другие доступны даже в минимальной аппаратной конфигурации.
Высокая динамика
Достигается за счет применения наиболее совершенных на сегодняшний день алгоритмов векторного управления и высокой скорости вычислений.
Экономичность
Рекуперация энергии в сеть обеспечивает хорошие энергетические показатели даже в тяжелых пуско-тормозных режимах. Настройка частоты модуляции силовых транзисторов позволяет свести к минимуму потери энергии.
Удобство работы
Единая концепция управления, комфортная панель значительно облегчают первоначальную наладку и эксплуатацию преобразователя. Программа Simovis, работающая под Windows 95 позволяет просматривать списки параметров и структуру системы управления, управлять преобразователем, проводить диагностику и настройку.
Преобразователи частоты SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control широко применяются в металлургической, добывающей, химической, лесной и бумагоделательной промышленности, автомобилестроении, легкой и пищевой промышленности, для привода центробежных и осевых компрессоров, вентиляторов и воздуходувок, поршневых компрессоров, газовых турбин, экструдеров и миксеров, мельницах, грузоподъемной техники и кранов, насосов для трубопроводов и закачки воды, системах распределения и подачи воды, и других применений. Устройства с водяным охлаждением (степень защиты до IP65) особенно хорошо приспособлены для судовых приводов, машин для литья, прессов.
В конструкциях преобразователей используются 6-ти и 12-ти пульсные схемы выпрямления. 12-ти пульсные преобразователи состоят из двух параллельно соединенных блоков выпрямителей, которые подсоединяются к источнику питания посредством трехобмоточного трансформатора с двумя вторичными обмотками, электрически смещенными на 30 градусов. Таким образом помехи в системе значительно сокращаются из-за уменьшения 5 и 7 гармонических составляющих.

Преобразователи, регенерирующие энергию в сеть, используются в тех случаях, когда приводы с большой вращающейся массой необходимо тормозить часто и очень быстро. Дополнительные системные компоненты, такие как электронные ключи торможения и тормозные сопротивленя, электронные опции, приборы переключения и защиты, фильтры электромагнитной совместимости, выходные фильтры и дроссели, входные дроссели, разъединители нагрузки и т.д. делают возможными решения, удовлетворяющие все требования к приводам.
Преобразователи частоты SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES имеют возможность компенсации реактивной мощности (!) в диапазоне cos fi от -0,8 до +0,8 при заказе блока AFE (Active Front End).Таким образом может быть выбрана любая желаемая реактивная мощность без использования компенсаторов.
Активный блок питания/рекуперации AFE позволяет приводу не зависеть от свойств питающей среды и надежно работать в любых условиях. За счет активного выпрямления и применения специальных фильтров AFE возвращает в сеть "чистую" синусоиду, так, что типичные для подобных устройств гармоники 5-, 7-, 11-, 13-го и других порядков практически отсутствуют.
Блок AFE допускает кратковременные просадки напряжения до 20% с сохранением работоспособности привода с номинальной мощностью и до 50% с работой с пониженной мощностью. За счет активного отключения даже в генератоном режиме не происходит "опрокидывания" преобразователя с перегоранием предохранителей.
Изготавливаются и поставляются электроприводы шкафного исполнения с использованием преобразователей "SIMOVERT MASTERDRIVES" модульного исполнения, в диапазоне напряжений от 380 до 690В, с мощностью от 45 до 5000кВт. Шкафы с преобразователями имеют степень защиты IP20. Выпускаются шкафы с более высокой степенью защиты, вплоть до IP54. Шкафы проектируются по индивидуальному техническому заданию для конкретных объектов, с использованием защитной и коммутационной аппаратуры, комплектуются дистанционными пультами или дисплейными станциями с необходимыми органами управления и индикации технологических параметров, а также другими системными компонентами.
Преобразователи в шкафном исполнении - это готовые к подключению шкафы как для одиночных, так и для групповых приводов, и обладающие опциями для любой возможной области применения.
Преобразователи SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES соответствуют международным стандартам и инструкциям, и имеют

3)Преобразователи SIEMENS Sinamics G150

Низковольтные универсальные преобразователи частоты SIEMENS SINAMICS G150
Компактный, удобный в обслуживании, экономичный,
с низким уровнем шума
SIEMENS SINAMICS G 150 - это новая серия преобразователей частоты фирмы Siemens шкафного исполнения, разработанная для насосов, вентиляторов, компрессоров, экструдеров, конвейеров и других стандартных и специальных применений. Благодаря модульной концепции, лежащей в основе конструкции SIEMENS SINAMICS G 150, схемотехники на базе IGBT-элементов (биполярные транзисторы с изолированным затвором), а также компоновки системы охлаждения, - эти преобразователи можно назвать самыми компактными и бесшумными в своем классе.
Преобразователь выпускается в двух вариантах исполнения - А и С (габаритные размеры приведены ниже). Экономия рабочего пространства под установку SIEMENS SINAMICS G 150 составляет до 50%. А в случае исполнения С, при котором низковольтные коммутационные компоненты смонтированы в центральном низковольтном распределительном устройстве, экономия рабочего места в непосредственной близости от рабочей машины составляет до 70%. Преобразователь имеет стандартный ряд степеней защиты от IP 20 до IP 54.
Перечень основных опций:
-выключатели, контакторы, со встроенными или отдельными предохранителями
-силовые выключатели
-фильтры ЭМС
-сетевые дроссели
-устройство торможения
-выходные дроссели, фильтры du/dt, синусные фильтры
-функция аварийного отключения (в т. ч. управляемой аварийной остановки механизма)
-устройства термисторной защиты электродвигателя (в т.ч. с сертификатом для взрывоопасных -применений)
-механические опции:
-степень защиты до IP54 включительно
-дополнительная защита от прикосновений при открытом шкафе
-дополнительные фильтры, основания и пр.

4) Преобразователи SIEMENS Sinamics G130

5) Преобразователи SIEMENS Sinamics G120

Модульный набор унифицированных элементов для требовательных задач
SIEMENS SINAMICS S120 решает сложные задачи привода для очень широкого спектра промышленных применений и поэтому выполнен как модульный набор унифицированных элементов. Из множества комбинируемых компонентов и функций пользователь подбирает точную конфигурацию, которая лучше всего решает его задачу. Эффективный инструмент проектирования SIZER облегчает выбор и расчет оптимальной конфигурации привода.
SIEMENS SINAMICS S120 дополняется большим набором поддерживаемых двигателей. Как синхронные, так и асинхронные двигатели работают без ограничений с SIEMENS SINAMICS S120.
Привод для многоосевых применений
Тенденция к разделению осей и переходу к индивидуальным приводам в машиностроении непрерывно продолжается. Если это еще не произошло, централизованный привод заменяется электронным образом координируемыми сервоприводами. В приводах с общим промежуточным контуром для этого требуется экономичное управление потоками энергии между осями, работающими в двигательных и генераторных режимах.
SIEMENS SINAMICS S120 имеет в большом диапазоне мощностей силовые блоки питания и модули инверторов в едином конструктивном исполнении, допускающие монтаж, что делает возможными создание компактных многоосевых конфигураций привода.
Новая архитектура системы с центральным блоком регулирования
Электронно координируемые индивидуальные приводы решают технологическую задачу работая вместе. Управление верхнего уровня управляет приводами таким образом, что осуществляется желаемое сложное движение. Для этого между управлением и всеми приводами требуется циклический обмен данными. До сих пор эта задача решалась применением общей полевой шины управления с соответствующими затратами на монтаж и проектирование. SIEMENS SINAMICS S120 идет новым путем: единый центральный блок регулирования выполняет регулирование для всех подключенных осей и дополнительно реализует технологические связи между осями. Так как все необходимые сведения уже имеются в центральном блоке регулирования, они не должны дополнительно переноситься между приводами. Связи осей можно реализовать в пределах одного блока
и они проектируются в инструменте ввода в эксплуатацию STARTER простым щелчком мыши.
Блок регулирования SIEMENS SINAMICS S120 решает только простые технологические задачи. Для требовательных вычислительных или Motion-Control - задач он заменяется эффективными блоками из спектра продуктов SINUMERIK или SIEMENS SIMOTION D.
Все компоненты SINAMICS S120 имеют т.н. электронный шильдик. Этот шильдик содержит все необходимые технические данные соответствующего компонента. В двигателях, например, записаны параметры электрической схемы замещения и характеристики установленного датчика двигателя. Эти данные автоматически считываются по DRIVECLiQ блоком регулирования и не должны вводиться пользователем во время ввода в эксплуатацию или при замене.
Наряду с техническими данными в электронном шильдике хранятся также данные логистики – такие как обозначение изготовителя, заказной номер и всемирно однозначный идентификатор. Так как эти значения электронные, возможна как местная, так и дистанционная диагностика, однозначное определение всех использованных в машине компонентов в любое время, что значительно упрощает сервис.

6) Привода постоянного тока SIEMENS SIMOREG

Семейство комплектных микропроцессорных электроприводов постоянного тока SIEMENS SIMOREG DC MASTER 6RA70 имеет подходящие типы как для высоко комплексных приводных задач, так и для стандартных решений. Приводы высоко динамичны: время возбуждения либо время нарастания вращающего момента находится в пределах до 10 мс. И это в диапазоне мощностей от 6,3 до 2000 кВт для запитки через якорь или внешним магнитным полем, для приводов, работающих в одном или четырех квадрантах.
Диапазон номинальных токов у SIEMENS SIMOREG DC MASTER от 15 до 2000 А и может быть расширен до 10000 А (путем параллельного соединения преобразователей, максимально - 5 блоков); диапазон напряжений - от 400 В до 830 В.
Стандартные функции скоростного электропривода, построенного на современной микропроцессорной базе:
-Цифровая система импульсно-фазового управления (СИФУ) реверсивного тиристорного преобразователя цепи тока якоря.
-Цифровая СИФУ нереверсивного тиристорного преобразователя цепи тока возбуждения.
-Цифровой контур тока якоря.
-Цифровой контур скорости.
-Цифровой контур тока возбуждения.
-Цифровой контур эдс.
Цифровое построение всех контуров регулирования обеспечивает высокие точность и быстродействие поддержания регулируемых параметров.
Достоинства:
полная интеграция в автоматизационный ландшафт, очень быстрый и простой ввод в эксплуатацию, построение полностью по модульному принципу - от стандартных до высокотехнологичных решений, простейшее обслуживание за счет одной концепции задания параметров, широкий диапазон возможных мощностей и напряжений, однородное построение системы обслуживания, возможность широкого использования в различных областях применения, высокая надежность в работе и высокий коэффициент использования, 100% контроль качества. SIMOREG DC MASTER очень просты в управлении извне. Для этого нет необходимости знания программирования, все настройки производятся через устройство параметризации.
Установка параметров может также производиться с помощью персонального компьютера с использованием удобных меню - для быстрого ввода в эксплуатацию, а также для простой визуализации при исполнении SIMOVIS.
Дополнительно поставляемая комфортная панель-пульт оператора OP1S с алфавитно-цифровым дисплеем с 4 строками по 16 знаков для вывода сообщений представляет еще больше преимуществ в отношении комфорта и возможностей. Это позволяет отображать физические величины, осуществлять ручной ввод данных и сохранять данные; это позволяет осуществлять простой ввод в эксплуатацию за счет быстрой электронной установки параметров тока, а также производить быстрый ввод в эксплуатацию систем с повторяемыми блоками.
Отсутствует необходимость аппаратных изменений. Также отпадает необходимость установки конфигурационных перемычек и потенциометров. По окончании наладочных работ устанавливается система паролей, определяющая уровень доступа эксплуатационного персонала к различным группам параметров: только просмотр параметров, просмотр и изменение параметров технологии, просмотр и изменение параметров настройки контуров регулирования и т.д.
При использовании пульта OP1S возможно простое считывание и запись параметров в режиме оффлайн и онлайн.
Панель-пульт оператора OP1S совместима со всеми устройствами SIMOREG DC MASTER и Simovert MasterDrives.
Система управления технологическим процессом может быть реализована на базе модуля технологии Т400, являющегося стандартизованным опционом (дополнением) Simoreg 6RA70. Модуль технологии размещается в специальном электронном боксе, встроенном в Simoreg.
Таким образом, в одном комплектном микропроцессорном устройстве выполняются функции двух систем - системы управления собственно электроприводом и технологической системы.
При этом:
Ввод в эксплуатацию системы управления электроприводом осуществляется посредством параметризации контуров регулирования. Параметризация проводится при помощи сервисного пульта оператора ОР1S.
Ввод в эксплуатацию системы управления технологическим процессом осуществляется посредством программирования модуля технологии Т400. Программирование проводится при помощи персонального компьютера с инсталлированным на нем пакетом программирования D7-ES.
Кроме программных модулей, решающих технологические задачи, блок "Технология" включает специальный пакет программ коммуникации, обеспечивающий доступ к необходимым для эксплуатационного персонала параметрам модуля Т400 с пульта оператора OP1S. Этот же специальный коммуникационный пакет обеспечивает работу с дополнительным пультом оператора-технолога, например панель OP7/DP-12 ряда SIMATIC HMI (изготовитель SIEMENS).
Приводы SIEMENS SIMOREG DC MASTER полностью интегрированы в мир автоматизации, подходят для любой системы ЧПУ и прекрасно общаются с другими частями системы независимо от того, произведены ли они фирмой SIEMENS или другими изготовителями.
SIEMENS SIMOREG DC MASTER делает ставку на открытую и стандартизированную систему полевых шин PROFIBUS-DP с использованием коммуникационного модуля CBP2, непосредственное подключение к персональному компьютеру через интерфейс RS232 и коммуникацию по типу "узел - узел". При этом PROFIBUS-DP является центральным средством коммуникации между средствами автоматизации. Модуль CBP2 устанавливается непосредственно в электронный бокс SIEMENS SIMOREG DC MASTER.
С использованием передовой технологии BICO система SIMOREG DC MASTER открывает новые границы возможностей программных средств. При этом два мощных процессора выполняют функции управления и регулирования приводами для цепей якоря и поля. Функциональные блоки соединяются друг с другом с помощью техники BICO и образуют ориентированный на конкретный случай функциональный модуль - на этапе задания параметров.
Системы SIEMENS SIMOREG DC MASTER являются на практике очень гибкими и рентабельными:
-управляющая система и шина высвобождаются;
-во многих случаях отпадает необходимость в ЧПУ;
-уменьшается количество кабелей, увеличивается помехозащищенность;
-регулирование и управление осуществляется непосредственно в приводе;
-за счет децентрализации концепция управления становится наглядной;
-технологическое программное обеспечение располагается в центральном модуле - техника BICO
Система SIEMENS SIMOREG DC MASTER представляет собой в совокупности с двигателями постоянного тока оптимальную и полноценную систему.
Изготовление и поставка электроприводов шкафного исполнения с использованием преобразователей SIEMENS "SIMOREG" модульного исполнения. Шкафы проектируются по индивидуальному техническому заданию для конкретных объектов, с использованием защитной и коммутационной аппаратуры, комплектуются дистанционными пультами или дисплейными станциями с необходимыми органами управления и индикации технологических параметров.

Оценка экономической эффективности от внедрения преобразователей частоты
Определение экономической эффективности, которую можно получить от внедрения преобразователей частоты, является насущной проблемой. Потребителю хотелось бы до приобретения ПЧ иметь гарантии, что средства будут израсходованы не зря, общие утверждения о том, что экономия электроэнергии составит 30—80%, требуют подтверждения. К сожалению, универсальной методики на все случаи применения ПЧ нет и быть не может, так как объем экономии зависит от многих факторов характерных для данной конкретной установки. Однако существует большое количество типовых решений применяемых в народном хозяйстве, например, системы отопления и горячего водоснабжения на центральных тепловых пунктах (ЦТП). Московским энергетическим институтом (МЭИ) разработана методика оценки экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения зданий, разработана «Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода», согласованная с Главгосэнергонадзором и утверждена Минтопэнерго. Указанная методика легла в основу разработанной в МЭИ компьютерной программы по оценке экономической эффективности частотно-регулируемого электропривода насосов.
Теоретические вопросы экономии электроэнергии достаточно хорошо отражены в литературе. Однако в некоторых статьях и рекламных проспектах типа: «Вы можете сами посчитать экономию Вашей электроэнергии при использовании ПЧ» формулы для расчета экономии электроэнергии вызывают недоумение. Более того, зачастую, сами авторы пишут, что расчетная экономия составляет, скажем, 20%, а фактическая оказывается больше (30—40%). Основная ошибка заключается в том, что для расчета экономии, во многих проспектах используется следующая формула:
N1–N2 = r*g*Q*(H1–H2)
где: Q — расход;
H — напор;
N — мощность потребляемая электродвигателем.
То есть снижение потребляемой мощности пропорционально потере напора при дросселировании. Однако здесь не учтено то, что при снижении напора насоса частотным регулированием меняются характеристики и самого насоса, при варианте убирающегося сопротивления в сети. Правильнее пользоваться, для вычисления величины снижения потребляемой мощности, законами подобия насосов (для насосов среднего и низкого давлений с пологой характеристикой, типичных в сетях тепловодоснабжения), а именно:
H1 / H2 = n12 /n22
N1 / N2 = n13 / n23
где: n — частота вращения.
То есть снижение потребляемой мощности пропорционально снижению оборотов двигателя в кубе. Пример показывает, что даже в системах с постоянным расходом можно получить эффект от применения ПЧ.
Существует, даже среди специалистов тепловодоснабжения, распространенное, но ошибочное мнение, что применение частотного регулирования, при правильно подобранных характеристиках насоса никакой экономии электроэнергии дать не может. Да такое возможно, при неправильно выбранной величине уставки давления для преобразователей частоты, суммарное потребление электроэнергии насосом с ПЧ может не дать экономии. Очень важно чтобы величина уставки давления соответствовала минимальному напору при максимальном расходе. Если поставить датчик давления непосредственно у потребителя, то при уменьшении расхода у потребителя автоматически снижается необходимый напор, т. е. заданный параметр регулирования для ПЧ будет формироваться Q—H характеристикой сети.
Из вышеизложенного материала по оценке экономической эффективности от внедрения ПЧ для насосных станций можно сделать следующие выводы:
Суммарное снижение потребления электроэнергии при использовании преобразователей частоты может достигать 50%, даже при идеально подобранных насосах, работающих на сеть с переменным расходом.
Для обеспечения максимального экономического эффекта от применения ПЧ, необходимо предварительно провести обследование и изучение сети. Сейчас это достаточно просто — есть переносные ультразвуковые расходомеры, позволяющие быстро и точно определить фактические характеристики сети и насосного агрегата.
Все здесь сказанное относится к работе сетей с правильным подбором насосов. Как правило, насосы для сети подбираются с «запасом», запас при применении ПЧ не теряется, при нештатном увеличении расхода ПЧ с таким насосом обеспечит и нештатный режим.
После внедрения ПЧ на электродвигателе насосного агрегата необходимо заново проводить настройку и регулировку работы сети для максимального снижения потребления электроэнергии, в противном случае экономический эффект от внедрения ПЧ будет не полным.
Для оценки экономической эффективности от применения преобразователей частоты в любом случае необходимо организовать установку приборов учета электрической энергии и произвести замеры электропотребления до установки ПЧ и после его установки. Кроме установки ПЧ нужно провести все необходимые регулировки и настройки в работе системы.
Важнейшим показателем в конкуренции на рынке сегодня является соотношение качество-цена. Потом рассматриваются и другие показатели, такие как габариты, дизайн, наличие сервисной службы и т. п., но на первом месте стоит качество. При построении преобразователей частоты для асинхронных двигателей используются современные управляемые полупроводниковые приборы высокой надежности (биполярные транзисторы с изолированным затвором — IGBT-транзисторы). Элементы силовой электроники в основном и определяют сегодня качество и ценовые показатели, в структуре цены они составляют сегодня до 70% от стоимости ПКИ.
Специалисты прогнозируют высокие темпы снижения цены на IGBT-транзисторы, и преобразователи частоты станут еще более доступными для потребителей, масштабы их внедрения уже в ближайшие годы станут массовыми, как показывает опыт высокоразвитых стран: другой альтернативы у нас просто нет.

Преобразователи частоты в энергосбережении

Анализ сегодняшней ситуации, сложившейся в коммунальной энергетике, говорит о том, что мы находимся в кризисном состоянии. Износ объектов инженерной инфраструктуры на муниципальных предприятиях городов выходит за допустимые пределы и приближается к критическому уровню 60%, при превышении которого резко растет аварийность инженерных сетей и оборудования. Главной причиной, приведшей к кризису энергоснабжения городов, является отсутствие достаточного финансирования, а точнее, неверная система финансирования муниципальных образованийю. Очевидно, что ситуация возникла не вчера и не внезапно, и, что «простых» решений здесь нет. Необходима политическая воля, эффективная система управления, мониторинг и контроль, постоянное внимание руководителей регионального уровня и поддержка руководителей федерального уровня. Необходима хорошая Программа развития и реконструкции коммунального хозяйства городов и его составляющей части — коммунальной энергетики. В задачах связанных с необходимостью реформирования жилищно-коммунального хозяйства городов особо следует выделить вопросы энергоснабжения, реализация которых должна в первую очередь решаться за счет внедрения энергосберегающих технологий. Необходимо научиться экономно расходовать энергоресурсы, чего можно добиться, вкладывая средства в энергосбережение, это позволит снизить затраты энергопотребления на 30—40%. А развивать генерирующие мощности, не решив проблемы экономного использования энергии, значит продолжать увеличивать потери ресурсов страны.
Внедрение энергосберегающих технологий сегодня — это не дань моде, особенно для нашей большой страны и учитывая наше нынешнее экономическое состояние. Энергосберегающих технологий много, эффективность их зависит от множества факторов. В этой статье предлагается рассмотреть возможности, которые дают нам преобразователи частоты (ПЧ). Словосочетание преобразователи частоты — многим кажется знакомо уже давно: есть преобразователи частоты на 200 или 400 герц для электропитания специализированного электроинструмента, преобразователи для получения высоких скоростей вращения электропривода и другие. Для того чтобы сразу можно было понять о каком преобразователе частоты идет речь, правильнее говорить о частотно-регулируемом электроприводе асинхронных электродвигателей. В настоящее время, подавляющее большинство управляемых электроприводов строятся на базе асинхронных электродвигателей и преобразователей частоты, где преобразователь частоты выполнен по схеме: неуправляемый выпрямитель — автономный управляемый инвертор напряжения; то есть, сначала электрическая энергия сети преобразуется в постоянный ток, а потом инвертор создает трехфазный электрический ток переменной частоты. Различают два основных принципа управления преобразователями частоты.
К первому типу относится система скалярного управления, часто называемой частотным управлением, основной задачей которой является формирование фазных напряжений на основании заданных значений амплитуды и частоты, получаемых путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) инвертора, огибающие которых и представляют собой трех фазное напряжение для питания асинхронного электродвигателя. Данный принцип является наиболее простым способом реализации частотного управления и, благодаря относительно низкой стоимости, широко используется для привода механизмов, не предъявляющих высоких требований к качеству регулирования скорости. В первую очередь это относится к электроприводам насосов, вентиляторов, компрессоров. Данный класс механизмов обладает широкими потенциальными возможностями энерго- и ресурсосбережения, которые успешно реализуются при внедрении указанного типа преобразователей.
Ко второму типу систем управления относится система векторного управления, обеспечивающая характеристики асинхронного электропривода, близкие к характеристикам привода постоянного тока. Эти свойства системы достигаются за счет разделения каналов регулирования потокосцепления и скорости вращения электродвигателя, не достижимого при использовании скалярного управления. При построении указанных систем используется векторное представление физических величин. Преобразователи, использующие данный принцип управления, имеют сравнительно высокую стоимость и применяются в механизмах с повышенными требованиями к качеству регулирования скорости, например, приводы в станках, лифтах, кранах. Хотя при наличии хороших датчиков обратной связи: датчиков положения, скорости, в большом числе случаев, с этими задачами могут справиться и преобразователи скалярного принципа управления. Следует также отметить, что существует четкая тенденция к отказу от датчиков скорости и разработке алгоритмов определения состояния двигателя по измеренным фазным токам и напряжениям, что ведет к снижению стоимости и повышению надежности системы.
Новым направлением в области разработки высококачественных систем управления являются системы с прямым управлением моментом. Основная идея управления заключается в том, что на каждом шаге расчета определяется оптимальное состояние инвертора напряжения по значению момента и потока статора, из системы исключается широтно-импульсный модулятор, как отдельное звено. Система реализует векторное регулирование скорости, математический аппарат которого основан на дифференциальных уравнениях динамики асинхронного двигателя и векторных соотношениях. Метод одинаково корректен как для переходных, так и для установившихся процессов, что существенно повышает динамический диапазон работы системы, приводит, например, к отсутствию провалов скорости при скачках нагрузки. Задача контура скорости — задать мгновенное положение вектора тока, необходимое для поддержания заданной скорости. Задача контура тока — обеспечить реальное положение и амплитуду вектора тока равными заданным значениям.

Момент переключения инвертора не привязан к периоду ШИМ, а зависит от реальной ошибки вектора тока. Определяющим в работе контура является критерий выбора состояния инвертора при переключениях и позволяет:
минимизировать частоту переключений инвертора при малой амплитуде ошибки;
уменьшить кратковременно возникающую большую токовую ошибку за минимальное время при минимальном количестве коммутаций инвертора.
Данный метод управления током имеет существенные преимущества по сравнению с ШИМ — управлением. Он позволяет строить более скоростные системы, мгновенно реагирующие на возмущающие воздействия, и одновременно рассеивать меньше энергии в силовых ключах по сравнению с методом ШИМ. Например, заявлено, что привод отрабатывает 100%-й скачок задания на момент за время, не превышающее 2 мс, что является естественным пределом асинхронного двигателя. В большинстве случаев ПЧ с таким типом управления позволяет отказаться от датчика скорости, так как встроенный вычислитель скорости оценивает частоту вращения вала двигателя 40000 раз в секунду с точностью 2 об/мин.

Опыт работы показывает, что в подавляющем большинстве решаемых на сегодняшний день задач, достаточно преобразователя частоты со скалярным принципом управления и ШИМ модуляцией инвертора, а иногда достаточно использовать устройства плавного пуска (УПП) или, как их еще называют, мягкие пускатели.

Варианты использования частотно-регулируемого электропривода Altivar
Возможности, открывающиеся при использовании преобразователя частоты в качестве регулирующего устройства для электропривода, выполненного на асинхронном электродвигателе, безграничны. Одной из главных тенденций развития современного электропривода является использование его в целях сбережения энергетических ресурсов и экологии. Следует отметить, что использование преобразователей частоты в качестве регулируемого электропривода создает свои преимущества за счет автоматического изменения параметров системы в зависимости от условий работы механизма и наибольший эффект достигается когда условия работы часто меняются и пределы изменений достаточно широки. Система регулируемого электропривода управляется микроконтроллером с достаточно солидным программным обеспечением, позволяющим задавать параметры регулирования в зависимости от необходимых условий работы механизма. В этой связи расширяется область применения регулируемого электропривода не только в сферах высоких технологий, но и там, где до настоящего времени традиционно использовался простой нерегулируемый электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. При этом важным становится повышение энергетической эффективности существующих электроприводов, позволяющих решать технологические задачи при минимальных затратах.

Наиболее простой вариант использования ПЧ, когда одним преобразователем управляется один электродвигатель, например, электродвигатель лифта, станка-качалки, дымососа котла и т. д. В данном случае преобразователь подключается непосредственно к одному электродвигателю и руководит его работой в зависимости от заданных параметров и получаемой от датчиков информации. При этом эффект от работы электропривода определяется снижением расхода электроэнергии и повышением качества регулируемого технологического параметра, который чаще всего и определяет качество продукции. При таком варианте использования ПЧ удельная стоимость преобразователя на 1 кВт мощности максимальна и решение об установке ПЧ, как правило, принимается по необходимости регулирования технологических параметров, хотя расчеты показывают, что составляющая экономии электроэнергии часто позволяет окупить затраты на установку ПЧ менее чем за 1 год и далее приносить чистую экономию.

Если на объекте расположены несколько электроприводов, работающих во взаимосвязанном режиме, то целесообразно рассмотреть установку преобразователя в комплексе с системой управления электроприводов — так называемую станцию управления электроприводами. Типовая станция управления (СУ) включает в себя:
шкаф управления, в котором размещаются коммутационная аппаратура, частотный преобразователь, дополнительный программируемый логический контроллер (при необходимости решать сложные задачи управления), аппаратура защит и сигнализации;
датчики контролируемых параметров и исполнительные механизмы системы управления.
Типичным примером такого варианта использования ПЧ является станция управления группой насосов, когда диапазон регулирования по расходу изменяется в широких пределах и, в зависимости от расхода, работает один, два или три насоса, обеспечивая заданный уровень давления. Используя имеющиеся резервные мощности встроенного в преобразователь частоты микроконтроллера, средствами программного обеспечения, в станциях управления изготавливаемых на Ижевском радиозаводе реализована возможность управления группой электродвигателей на два или три насоса. При этом управление может осуществляться в любом заданном режиме: при малых расходах заданное давление обеспечивается автоматически регулируемой работой одного насоса, при увеличивающемся расходе контроллер (ПЧ) управляет работой коммутационной аппаратуры, подключая второй и, при необходимости, третий насос, обеспечивая заданный уровень давления, постоянное регулирование, исключение гидравлических ударов. Программным способом можно регулировать ресурс работы каждого насосного агрегата с переключением через заданные промежутки времени. Однолинейная схема коммутации представлена на рис. 1:



Рисунок 1 — Однолинейная схема коммутации

При более сложных схемах регулирования, когда требуется контроль и регулирование по нескольким параметрам, Ижевским радиозаводом разрабатываются и изготавливаются программируемые логические контроллеры на самых современных микропроцессорах фирм AtmelL, Texas Instruments, по согласованному с заказчиком техническому заданию. Применение программируемых логических контроллеров позволяет создавать полностью автоматизированные объекты, включать их в схемы АСУ ТП, SCADA-системы, при этом качественно менять сам принцип производства, получая при этом максимальный экономический эффект.

Контрольная работа №1

Вариант 1

Опишите законы Костенко

Нарисуйте энергетическую диаграмму электродвигателя для режима короткого замыкания

Вариант 2.

Опишите работу однофазного инвертора с индуктивной нагрузкой

Нарисуйте и опишите механическую характеристику асинхронного электродвигателя

Вариант 3.

Опишите работу трехфазного инвертора

Опишите формы выражения синусоидальных величин


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14611. Проектування логічної структури сховища даних з архітектурою шини 242.47 KB
  8 Лабораторна робота № 2 з дисципліни: Технології сховищ даних на тему: Проектування логічної структури сховища даних з архітектурою шини Мета роботи: Вивчення порядку методів та засобів проектування і побудови сховища даних з архітекту...
14612. Проектування логічної структури сховища даних з архітектурою зведення даних 181.48 KB
  7 Лабораторна робота № 3 з дисципліни: Технології сховищ даних на тему: Проектування логічної структури сховища даних з архітектурою зведення даних Мета роботи: Вивчення порядку методів та засобів проектування і побудови сховища даних з ар...
14614. Моделювання репозиторію метаданих у сховищах даних 548.5 KB
  Лабораторна робота № 4 з дисципліни: Технології сховищ даних на тему: Моделювання репозиторію метаданих у сховищах даних Мета роботи: Вивчення порядку методів та засобів створення структури та складу метаданих для сховищ даних за схемою Захмана роз
14615. Моделювання процесів підготовки, інтеграції та завантаження даних 135.39 KB
  Лабораторна робота № 5 з дисципліни: Технології сховищ даних на тему: Моделювання процесів підготовки інтеграції та завантаження даних Мета роботи: Вивчення порядку методів та засобів добування узгодження інтеграції даних створення оперативни
14616. Моделювання процесів оперативного аналізу даних 231.29 KB
  Лабораторна робота № 6 з дисципліни: Технології сховищ даних на тему: Моделювання процесів оперативного аналізу даних Мета роботи: Вивчення порядку методів та засобів створення аналітичних та підсумкових даних і документів на основі технології...
14617. Исследование системы автоматической регулировки усиления 263 KB
  ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к лабораторной работе Исследование системы автоматической регулировки усиления Цель работы: изучение и исследование системы АРУ при различных параметрах структурной схемы. Краткие теоретические сведения Рисунок 1 Обобщённая структурн...
14618. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ 67.77 KB
  Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ. Цель работы: Исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой. Симметричный и несимметричный режимы. Влияние нейтрального провода. ПОРЯДОК В