Преобразователь частоты – пример применения в станке

Delta VFD EL – подключение ПЧ для двигателя

Про преобразователи частоты (ПЧ) слышали все, кто имеет дело с электрическими двигателями. Я постоянно имею с ними дело на работе, и вот дошли руки написать про реальную установку и настройку ПЧ. Предупреждаю – теория по работе и устройству ПЧ очень обширна, и если начать об этом рассказывать, статья получится огромной. А лучше, чем в официальной документации, мне не написать. Да и зачем?

Поэтому решил сразу перейти к делу, рассказав про реальное подключение преобразователя частоты на промышленном оборудовании. Речь пойдет о преобразователе Delta, но могу сказать, что всё сказанное относится и к преобразователям частоты Innovert, которые имеют аналогичную конструкцию и параметры.

Но всё же, немного теории для тех, кто немного не в курсе.

Для чего нужен преобразователь частоты?

ПЧ – самое совершенное электронное устройство, через которое можно крутить асинхронный двигатель. Вот основные функции преобразователя частоты:

• Пуск/Стоп двигателя,
• Плавный разгон/замедление (торможение),
• Изменение рабочей скорости от 0 до 100% и выше номинала,
• Защита двигателя (их несколько – по току, температуре и др.),
• Реверс,
• Несколько вариантов управления (дискретное, аналоговое, по программе – от кнопок, реле, потенциометров, датчиков, контроллера, и т.д.).

Преобразователь частоты имеет несколько названий, которые используются на равных условиях:

• преобразователь частоты (ПЧ) – официальное название, его использует большинство производителей в своей документации,
• частотный преобразователь (ЧП),
• частотник – можно считать жаргоном, но в разговоре употребляется наиболее часто,
• инвертор,
• Inverter, Frequency Converter (FC), Variable Frequency Drive (VFD) – на английском.

Все эти названия могут использоваться в других сферах, поэтому иногда нужно уточнять. Что касается темы статьи, наша сфера – подключение преобразователя частоты для трехфазных асинхронных двигателей.

Конечно, асинхронный двигатель можно не только через ПЧ, для этого есть несколько различных устройств. По подключению двигателей у меня много статей, вот основные:

Схема включения и работа преобразователя частоты

Схема включения ПЧ, если очень просто, выглядит так:

Простейшая схема включения преобразователя частоты

Для чего тут эта элементарная схема? – спросите вы. Тем не менее, есть инженеры-электронщики, которые нарисовать её не смогут.

Она может быть ещё проще, если убрать внешнее управление. Ведь управлять ПЧ можно непосредственно с передней панели.

Как работает преобразователь частоты. Типовая линейная зависимость напряжения от частоты

Этот график – ключевой для понимания принципа работы преобразователя частоты и его настройки. Обратите внимание – на вольт-частотной характеристике приведены названия основных точек и номера параметров.

Конечно, в таких делах очень много нюансов, но не буду вдаваться в подробности. Если нужно много теории и принципов работы ПЧ – в конце статьи будет что скачать и почитать. В том числе мою обзорную статью в журнале.

На этом введение можно закончить. Дальше будет пример подключения ПЧ, там я на практике покажу, какие параметры я настраиваю и почему.

Для чего понадобился ПЧ

Ко мне обратился старый знакомый с обувного производства. Ему для предпродажной подготовки женских сапог требуется операция полировки, чтобы сапоги блестели.

Кстати, я уже делал у него пресс горячего тиснения, где установил регулятор температуры ФиФ. Теперь на сапогах можно получать красивые изображения.

Станок для полировки был в отвратительном состоянии, но его удалось привести в чувство, перебрав советские контакторы и подсоединив двигатели.

Тем не менее, для качественной обработки поверхности кожи было предпочтительно, чтобы линейная скорость полировки могла меняться. Кроме как ПЧ, другими способами это сделать невозможно. Замена шкивов не рассматривалась – скорость нужно менять оперативно и без инструментов.

В результате я установил преобразователь частоты Delta. Подключил и настроил его так, что можно менять обороты подключенного через него двигателя нажатием кнопок на панели управления. Дальше – подробности.

Устройство станка, перед установкой ПЧ

Итак, вот, что мы имели исходно:

Станок полировки кожи

В станке два двигателя – вытяжка пыли и привод полировки.

Обувной станок полировки кожи, вид сбоку

Внутреннее устройство электрики станка полировки обуви

Слева на фото – вводной автомат и контакторы. Это вся схема станка.

Старая схема полировки. Контакторы двигателей вытяжки и полировки

Ещё есть три кнопки управления – Пуск вытяжки, Пуск полировки, Стоп:

Старые кнопки управления контакторами. На левой оси – фетр (войлок) для полировки

Вытяжка нас не касается, хотя кнопки для её включения я устанавливать буду. А двигатель полировки подключим через ПЧ.

Электродвигатель, который подключается через преобразователь частоты

Асинхронный двигатель в работе. Шкив и ременная передача

Шильдик асинхронного двигателя, который предстоит подключить через частотник

При подключении ПЧ очень важно знать параметры двигателя. Загвоздка была в том, что на шильдике информация у него не читалась. Ведь настраивается единый привод, а это связка ПЧ+двигатель.

Забегая вперед скажу, что по внешнему виду двигателя я определил, что это движок на 3000 об/мин, а измерением тока и испытаниями я понял, что мощность двигателя – 1 кВт.

СамЭлектрик.ру в социальных сетях

Подписывайтесь! Там тоже интересно!

Установка и подключение преобразователя частоты

Теперь расскажу и покажу пошагово, как я смонтировал частотник.

Для начала приготовил переднюю панель.

Панель управления частотником, кнопки, вольтметр

Панель изготовил из текстолита. На панели будут закреплены кнопки с НО и НЗ контактами (без фиксации), и вольтметр в качестве тахометра.

Панель с обратной стороны – кнопки зафиксированы, осталось поставить контакты и закрепить вольтметр

Если говорить просто, вся переделка заключалась в том, что я выкинул контактор и поставил преобразователь частоты Delta, на 1,5 кВт:

Частотник Delta мощностью 1,5 кВт вместо контактора

Честно говоря, 1,5 кВт – многовато, то есть, ПЧ я выбрал с большим запасом (почти в 2 раза). Меньше мощность найти не удалось. Тем лучше с электрической точки зрения – запас карман не тянет.

Фото установки преобразователя частоты:

Частотник установлен в станок на боковую дверцу, вместо контактора

Знаю, что монтаж выполнен не идеально, хорошо бы использовать наконечники и бандажи на провода, но давайте не будем об этом…

ПЧ Дельта, через него подключен двигатель полировки

Ноль в питании станка и частотника не используется, приходит только 3 фазы и земля (PEN проводник).

Питание ПЧ – 3 фазы и земля на входные клеммы R, S, T

Не берите с меня пример – от РУ защитный проводник должен приходить на РЕ шину, и с каждой отдельной клеммы – отдельно на клемму ПЧ, на корпус, и ещё куда надо.

Подключение ПЧ Delta. Клеммы управления и выходные силовые клеммы на двигатель U, V, W

Что получилось

В итоге панель управления приобрела такой вид:

Установленный преобразователь частоты в работе, панель управления

Наклейки на кнопки я сделал при помощи программы Splan и самоклейки по методике, описанной в статье Моя эволюция маркировки.

Как всё работает, будет понятнее, если я приведу электрическую схему.

Схема подключения преобразователя частоты

После переделки вся схема станка, содержащая два привода, имеет вид:

Схема подключения преобразователя частоты

Первым делом скажу, что если делать всё по уму, то надо обеспечить защиту по входу – поставить быстродействующие предохранители или, на худой конец, автоматы с характеристикой “В”. Но что есть, то есть – из защиты только советский 3п С6.

Приводы вытяжки и полировки имеют две общих части – питание и кнопку “Стоп”. Кнопка “Стоп” (SB3) имеет два электрически независимых контакта, которые останавливают оба привода сразу.

Особо придирчивые читатели обязательно упрекнут меня в моих словах, что “ноль в питании станка не используется”. Но у меня готов ответ)))

Привод вытяжки подключен по классической схеме с самоподхватом, о которой я писал неоднократно. Ссылки – в начале статьи.

Рассмотрим поближе то, что нас интересует – схему подключения ПЧ:

Рабочая схема подключения ПЧ Delta

По силовой части я уже говорил, там всё просто.

По части управления. На схеме обозначены названия клемм, их видно и на фото установки. Чтобы вся схема работала правильно, все эти клеммы нужно правильно запрограммировать, без этого в подключении ПЧ никуда. Поэтому настройка ПЧ и его подключение – два неразрывно связанных понятия.

Далее буду говорить применительно к конкретному ПЧ (инструкция в конце статьи).

Перед настройкой ПЧ желательно вернуть его параметры к заводским настройкам (по умолчанию), особенно, если он где-то уже использовался. Все параметры, которые я менял, сведены в таблицу:

Такую таблицу настроек очень полезно иметь в документации к любому ПЧ – это поможет в обслуживании, настройке и ремонте. У нас на предприятии это входит в состав документации на оборудование.

Двигатель в работе на номинальной мощности не используется – ведь полировка это очень нежный процесс. Поэтому нагрева и тем более перегрузки ни у двигателя, ни у частотника не ожидается. Ток двигателя на низких частотах, до 30 Гц – до 1,5 А (падает КПД), на высоких, до 60 Гц – до 1 А.

Индикация скорости

Крутая фишка многих ПЧ – выходные дискретные и аналоговые клеммы. На них можно запрограммировать множество событий. Например, в статье про установку ПЧ в лентопильный станок (труборезку) я рассказал, что выходное реле замыкается по достижении целевой частоты и дает сигнал на следующую функцию.

Тут я использовал аналоговый выход для индикации оборотов двигателя. Для этого установлена функция аналогового выхода “Индикация выходной частоты” (параметр 03.03 = 0). При этом максимальная частота 60 Гц соответствует напряжению 10 В. Я немного скорректировал показания вольтметра (на 3%) в параметре 03.04.

Выходное аналоговое напряжение подается на вольтметр постоянного напряжения с пределом 30 В. В результате оператор станка на индикаторе наблюдает число, которое однозначно соответствует скорости полировки.

Видео

Дополнительная информация от коллег. Рекомендую посмотреть, увлекательно и познавательно!

Скачать

Как и обещал, выкладываю для скачивания материалы по теме.

• 4_82__2018_Elec VFD Samelectric.ru / Обзорная статья в журнале \»Электротехнический рынок\» от автора блога СамЭлектрик.ру про преобразователи частоты — устройство, назначение и примеры применения в промышленном оборудовании., pdf, 516.2 kB, скачан: 677 раз./

• Manual VFD-EL_UM_RU_2016 / Руководство по эксплуатации на частотник Дельта, о котором идет речь в статье, pdf, 8.41 MB, скачан: 625 раз./

• VFD Danfoss manual / Просто о сложном. Популярная книга про устройство и принципы работы преобразователей частоты и асинхронных двигателей., pdf, 2.36 MB, скачан: 898 раз./

• Соколовский. Учебник по ПЧ для вузов / Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебник, zip, 2.26 MB, скачан: 695 раз./

• Сандлер, Сарбатов. Частотное управление. / Сандлер, Сарбатов. Частотное управление асинхронными двигателями, Библиотека по автоматике, 1966 г. Старая советская книжка, но очень хорошо расписана теория, zip, 1.53 MB, скачан: 671 раз./

• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 1323 раз./

Ещё пособие по двигателям:
• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 981 раз./

На этом всё! Двигатель крутится, обувь полируется, а женщины радуют нас своими ножками в блестящих сапожках! Буду рад вопросам и обмену опытом в комментариях!