На фото: ИБП Delta DPS-160K (источник бесперебойного питания)

ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ЧАСТОТНИКИ)

Для чего нужен преобразователь частоты переменного тока

Преобразователь частоты – это сложное электротехническое устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, путем изменения частоты напряжения питающей сети. Статический преобразователь частоты – это изделие, состоящее из силовой части на базе полупроводниковых элементов, таких как транзисторы/тирристоры/IGBT модули, и системы управления(микропроцессор).

Основную часть электродвигателей в промышленности занимают асинхронные электродвигатели. Принцип работы которых заключается в создании вращающегося магнитного поля статора, которое при взаимодействии с ротором наводит ЭДС и заставляет ротор вращаться в ту же сторону что и поле статора, но скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения поля статора, что и дает название типу двигателей – асинхронные. Для работы с низковольтными асинхронными электродвигателями применяются статические частотные преобразователи переменного тока, которые условно можно разделить по напряжению питания:

Однофазные 230В

Трехфазные 230В

Трехфазные 380В

Трехфазные 690В

Структурная схема преобразователя частоты:

1. Выпрямитель

2. Звено постоянного тока

3. Инвертор

При подаче питающего напряжения на выпрямитель происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, пульсирующее. После, в звене постоянного тока, пульсации сглаживаются и уже на инверторе происходит обратное преобразование постоянного напряжения в переменное, то есть формируется последовательность трапецеидальных импульсов требуемой длительности и ширины – ШИМ (широтно-импульсная модуляция).

Такая форма выходного напряжения вызвана коммутацией IGBT модулей, при открытии и закрытии ключей. Для придания более синусоидальной формы напряжению на выходе часто применяют выходные фильтры или моторные дроссели – это внешние устройства, применяющиеся для сглаживания коммутационных перенапряжений, негативно влияющих на работу двигателя.

Преимущества использования выходных фильтров:

- Продление срока службы двигателя, за счет придания более синусоидальной формы напряжению.

- Защита обмоток от перегрева;

- Снижение акустического шума в двигателе;

- Уменьшение подшипниковых токов и снижение риска их повреждения;

- Снижение высокочастотных помех в кабеле и увеличение длины кабельной линии.

Способы управления частотным преобразователем

В основном, преобразователи частоты для асинхронного электродвигателя можно разделить на 2 группы по способу управления – скалярное и векторное управление:

1. Базовые преобразователи частоты, со скалярной системой управления.
Частотники с таким управлением имеют простую конструкцию и на выходе регулируют частоту и амплитуду напряжения, по закону U/f. Этот способ является самым простым и позволяет регулировать скорость вращения, момент, запускать двигатель под нагрузкой, а также управлять несколькими двигателями одновременно. Но для более сложных задач, где требуется создавать замкнутые системы с автоматическим поддержанием скорости или момента двигателя, в зависимости от изменяющейся нагрузки, такие преобразователи частоты не подойдут.
Диапазон регулирования скорости в таком режиме 1:10

2. Преобразователи частоты с векторной системой управления.
Векторные частотные преобразователи – сложные устройства которые по математической модели анализируют взаимодействие магнитного поля статора и ротора. Этот способ позволяет поддерживать и регулировать скорость, обладает высоким быстродействием и позволяет поддерживать момент на разных скоростях. Частотники такого типа применяются в системах с динамической нагрузкой, для построения замкнутых систем с датчиком обратной связи или без. Диапазон регулирования скорости в таком режиме 1:1000

Какие преимущества дает использование преобразователя частоты:

- Регулирование скорости и момента, с точной подстройкой;

- Снижение пусковых токов;

- Повышение энергоэффективности системы, то есть снижение затрат на электроэнергию;

- Увеличение срока службы установки, за счет снижения износа электродвигателя и связанных с ним механических узлов;

- Защита двигателя. В современных частотниках установлен ряд защит от перегрузки, перегрева, короткого замыкания, повышенного и пониженного напряжения и т.д;

- Возможность рекуперации электроэнергии в сеть или сброс излишек на тормозные сопротивления;

- Повышение КПД двигателя и системы в целом;

- Постоянный мониторинг состояния электродвигателя и передача этой информации в вышестоящие системы АСУ. Это позволяет быстро и безошибочно реагировать на отклонения от нормального режима работы.

Разделение по областям применения:

Системы вентиляции и кондиционирования HVAC, в котельных и дымососах:

- Плавное регулирование частоты дутьевых и нагнетательных вентиляторов;

- Защита от гидроударов и сухого хода насосного оборудования;

- Оптимизация режимов горения у котлов и котельных агрегатов;

- Уменьшение количества задвижек/заслонок и вентилей;

- Пожарный режим.

Система станков и транспортировочных конвейеров:

- Регулирование скорости перемещения, контроль частоты вращения вала, ускорения;

- Функции плавного перемещения, без ударов и рывков, что в значительной мере увеличивает ресурс подвижных узлов.

- Отслеживание перемещения груза.

Грузоподъемные механизмы, краны, лифты и т.д.

- Демпфирование колебаний и раскачивания грузов;

- Прямое управление механическим тормозом;

- Наличие функций безопасного останова STO;

- Функции плавного подъема и спуска, без ударов и рывков;

Металлургия и деревообработка. Электродвигатели станков и прокатных станов, летучих ножниц:

- Облегчают работу двигателей и исполнительных механизмов в режимах частых пусков с изменением момента и скорости;

- Мягкая регулировка без рывков и срывов;

- Высокая точность регулировки вращающихся органов, в позиционировании.

Преобразователи частоты Siemens SINAMICS и их преимущества:

Семейство низковольтных частотных преобразователей Siemens SINAMICS (Сименс Синамикс) включает общепромышленные и специализированные серии, оптимизированные для эксплуатации с двигателями SIEMENS SIMOTICS GP и SIMOTICS SD в различных применениях.

Основные серии преобразователей серии SINAMICS:

Преобразователь частоты SINAMICS V20

SINAMICS V20 – Бюджетный, общепромышленный преобразователь частоты для решения базовых задач с высокой перегрузочной способностью по току 150% в течении 60с. Модельный ряд включает диапазон мощностей от 0,12 до 30кВт со степенью защиты IP20. Они имеют встроенную панель оператора ВОР, простую системную конфигурацию со стандартизированными библиотеками и готовыми макросами. Диапазон рабочих температур частотника SIEMENS V20 без снижения характеристик - 0… +40 гр. С

Параметры серии:
Вход 1х230В, Выход 3х230В, мощностной ряд 0,12-3 кВт;
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 0,37-30 кВт;
Степень защиты IP20;

Коммуникация: USS/Modbus RTU, с дополнительным модулем SINAMICS V20 Smart Access подключение к веб серверу.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G120

SINAMICS G120 – Модульный преобразователь (общепромышленный) с диапазоном мощностей 0,37-250 кВт, состоящий из силовых модулей PM и модулей управления CU. Такая конструкция позволяет сокращать издержки, за счет удобства и быстроты замены - все модули управления универсальны и подходят для любого силового модуля, независимо от мощности. Минимальная комплектация состоит из силового модуля и модуля управления, остальные элементы, такие как панель управления ВОР или IOP являются не обязательными и заказываются в зависимости от требований. Диапазон рабочих температур частотника SINAMICS G120 без снижения характеристик - 10… +40 гр. С

Параметры серии:
Вход 1х230В, Выход 3х230В, мощностной ряд 0,55-4 кВт;
Вход 3х230В, Выход 3х230В, мощностной ряд 5,5-55 кВт;
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 0,55-250 кВт;
Степень защиты IP20;

Коммуникация: PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, USS/Modbus RTU, BACnet MS/TP, CANopen.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G120P

SINAMICS G120P – Специализированные преобразователи частоты для систем HVAC зданий и в промышленности. Помимо наличия специализированных функций данный преобразователь поставляется в 2х вариантах исполнений, в компактном (навесном) и шкафном исполнении, полностью готовые к подключению на месте. Модельный ряд включает мощности до 630кВт IP20 или IP55. Они идеально подходят специальных применений на предприятиях, таких как приточно-вытяжные системы вентиляции и кондиционирования воздуха, для насосов котельных ГВС и ХВС, а также холодильных установок и компрессоров. Кроме того, у данных преобразователей частоты есть «Пожарный режим» для длительной работы в чрезвычайной, аварийной ситуации.

Параметры серии:
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 0,37-560кВт;
Вход 3х690В, Выход 3х690В, мощностной ряд 11-630кВт;
Степень защиты IP20 или IP55.

Коммуникация: PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, USS/Modbus RTU, BACnet MS/TP

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G120С

SINAMICS G120C – Особо компактные преобразователи частоты, обладающие широким функционалом и интегрированными функциями безопасности. Легко встраиваются в существующую системы с полной диагностикой в TIA Portal. Модельный ряд включает мощности до 132кВт в 7ми типоразмерах, со степенью защиты IP20. Частотники СИНАМИКС данной серии можно устанавливать бок о бок, без снижения характеристик, что позволяет экономить место в шкафу управления. Диапазон рабочих температур преобразователя частоты SIEMENS G120C без снижения характеристик - 10… +40 гр. С

Параметры серии:
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 0,55-132 кВт;
Степень защиты IP20;

Коммуникация: PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, Modbus RTU/USS.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G120X

SINAMICS G120X – новая серия преобразователей частоты семейства SINAMICS, оптимизированная для систем водоподготовки и водоотведения промышленных и инфраструктурных объектов. Надежная конструкция и дополнительные покрытия печатных плат позволяют использовать данный частотник в суровых условиях эксплуатации, соответствующих стандарту 3C3. SIEMENS G120X может работать без снижения характеристик при температурах от -20°C до 45°C. Легко и быстро интегрировать в любую систему управления, а также подключить к облаку с помощью модуля SINAMICS CONNECT 300.

Специализированные функции:
- Очистка загрязнений на рабочем органе насоса;
- Контроль заполнения труб;
- Автоматическое поддержание заданного режима;
- Обнаружение кавитации;
- Возможность управления несколькими насосами

Параметры серии:
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 0,75-560кВт;
Вход 3х690В, Выход 3х690В, мощностной ряд 3-630кВт;
Степень защиты IP20 или IP21 с дополнительным комплектом Roof top;

Коммуникация: PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, Modbus RTU/USS, BACnet MS/TP, Wi-Fi через модуль веб-сервера SINAMICS G120X Smart Access.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G130

SINAMICS G130 – Встраиваемый преобразователь частоты, оптимизирован для установки в шкаф управления или непосредственно на технологическую машину. Модульная конструкция, состоящая из модуля управления CU320 и силового блока PM, позволяет устанавливать компоненты как в единый блок, так и отдельно друг от друга. Для подключения используется система DRIVE-CLiQ, в комплект поставки силового модуля входит кабель питания блока управления.

Особенности частотных преобразователей SIEMENS G130:
- Легкая и быстрая замена отдельных компонентов позволяет сэкономить на обслуживании и поддержании склада ЗИП;
- Предустановленные функции упрощают подстройку под индивидуальные требования;
- Заранее запрограммированный интерфейс;
- Тихий режим работы, благодаря обновленной системе охлаждения и IGBT модулям.

Параметры серии:
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 315-560кВт;
Вход 3х690В, Выход 3х690В, мощностной ряд 315-800кВт;
Степень защиты IP20 или IP00.

Коммуникация: PROFINET/ EtherNet/IP, PROFIBUS.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G150

SINAMICS G150 – Преобразователи частоты шкафного типа имеют 2 исполнения:

Вариант А – стандартная конструкция, в шкафу предусмотрено место для установки всех компонентов со стороны двигателя и со стороны сети.
Вариант С – компактная конструкция, в шкафу не предусмотрено место под сетевые компоненты.

Данный частотник Сименс имеет широкий ряд опций, встраиваемых в один шкаф и может быть укомплектован датчиками для специальных задач. В итоге, получается собранный шкаф готовый к подключению и пуско-наладке на месте. Эта серия специально адаптирована для приводов с квадратичной характеристикой или постоянной нагрузкой, без рекуперации энергии.

Параметры серии:
Вход 3х380В, Выход 3х380В, мощностной ряд 110-900кВт;
Вход 3х600В, Выход 3х600В, мощностной ряд 110-1000кВт;
Вход 3х690В, Выход 3х690В, мощностной ряд 75-1500кВт;
Степень защиты: Стандарт IP20, так же есть варианты IP21, IP23, IP43 и IP54.

Коммуникация: PROFINET/ EtherNet/IP, PROFIBUS.

Инструкция/Руководство по эксплуатации

Преобразователь частоты SINAMICS G180

SINAMICS G180 – Преобразователи частоты шкафного исполнения с воздушным или жидкостным охлаждением, для применения в нефтегазовой, химической и перерабатывающей отраслях. SIEMENS G180 разработаны для эксплуатации со взрывобезопасными двигателями SIMOTICS XP и оптимизированы для категорий взрывозащиты Ex ec, Ex eb и Ex db.

Параметры серии:
Вход 3х230-690В, Выход 3х230-690В, мощностной ряд 2,2-6600кВт;
Степень защиты: Стандарт IP20, так же есть варианты IP00, IP21, IP23, IP41, IP43, IP54, IP55.

Коммуникация: PROFINET/ EtherNet/IP, PROFIBUS.

Инструкция/Руководство по эксплуатации