Главные исходные данные для выбора частотника: номинальный ток мотора, характер нагрузки и условия разгона. Киловатты нужны только для контрольной сверки. На практике нередко поступают иначе: ставят преобразователь с той же мощностью, что у двигателя.
Результат нередко такой: первый же запуск обрывается остановом по перегрузке, а на малых оборотах мотор может греться сильнее, чем при питании напрямую от сети.
Ниже разобраны шаги по порядку: какие сведения подготовить, как сопоставить токи, как учесть тип механизма и пуск. Схема подходит и для нового проекта, и для замены сгоревшего преобразователя. В конце собран список для проверки перед заказом.
Что нужно собрать до начала подбора
Листать каталог рано. Сперва соберите исходные сведения, без них расчет превращается в гадание. Они делятся на четыре блока: мотор, механизм, питающая сеть и место установки.
Что до мотора, все данные есть на шильдике. Выпишите номинальную мощность, напряжение и схему соединения обмоток, ток при этом напряжении, частоту, число полюсов либо номинальную скорость вращения, коэффициент мощности и класс защиты оболочки. Подойдет и снимок таблички, лишь бы все строки читались. Когда мотор стоит на редукторе, отдельно зафиксируйте паспортные данные мотор-редуктора: передаточное число и скорость на выходном валу.
Про механизм нужно знать, что именно крутит двигатель: насос, вентилятор, конвейер, мешалку, подъемник или дробилку. От этого зависят и сам момент на валу, и его изменение при разгоне.
Сеть описывают так: напряжение, количество фаз и параметры линии: сечение кабеля, номинал защитного автомата, расстояние до двигателя.
Про место установки узнают температуру в шкафу или помещении, запыленность, влажность, высоту над уровнем моря и наличие взрывоопасной зоны. Для взрывозащищенных моторов задача шире, чем выбор одного преобразователя, поэтому решать ее лучше вместе с поставщиком оборудования.
Почему мощность не главный параметр
В каталоге мощность преобразователя указана для типового случая: четырехполюсного асинхронного мотора и обычной нагрузки. Так сказано в статье об особенностях монтажа и выбора преобразователей частоты, которую выпустил Белорусский государственный аграрный технический университет. Авторы называют главной ошибкой при подборе привода опору на одни киловатты. Двухполюсный, шестиполюсный или восьмиполюсный мотор, нестандартное напряжение или необычный характер нагрузки требуют сверки по току и напряжению.
Силовые ключи преобразователя греет протекающий через них ток, а мощность на валу отражает его лишь косвенно. Два двигателя одинаковой мощности могут брать из сети разный ток: все определяется числом полюсов, КПД и коэффициентом мощности. Нередко у многополюсных моторов ток при той же мощности выше, и преобразователь, выбранный по киловаттам, работает на пределе возможностей.
Номинальный выходной ток частотника не может быть меньше тока двигателя по шильдику, а предпочтительно взять его с запасом. Насколько большим делать запас, зависит от режима работы. Об этом говорят разделы про нагрузку и пуск.
Как подобрать преобразователь по току двигателя
- Возьмите с шильдика ток для того напряжения, на котором мотор реально будет работать. Если обмотки допускают два напряжения, при меньшем ток выше, при большем ниже, так что берется значение, соответствующее вашей сети.
- Отберите в каталоге изготовителя модели с тем же классом напряжения и тем же числом питающих фаз.
- Сопоставьте номинальный выходной ток частотника с током мотора. Ток преобразователя не должен оказаться меньше.
- Уточните, для какого режима заявлено это значение. Нередко для одной модели приведены два числа: для нормального и для тяжелого режима. Подробнее об этом ниже.
- Напоследок убедитесь, что каталожная мощность равна мощности мотора или выше нее. Это дополнительная сверка, а не основное условие.
Бывает, что ток мотора превышает допустимый для модели нужной мощности. Тогда переходите на следующую ступень выше: она дает недостающий запас по току.
Отдельная ситуация: мотор уже трудится в составе установки, и вы измеряли реальный ток. Даже если он заметно ниже номинала, ориентируйтесь все равно на номинальное значение с шильдика. Нагрузка со временем может вырасти, а в момент пуска токи всегда выше рабочих.
Тип нагрузки: насос, вентилятор или конвейер
Механизмы принято делить на несколько типовых групп по тому, как момент на валу зависит от скорости.
Центробежные механизмы: насосы, вентиляторы, дымососы. Момент нарастает примерно пропорционально квадрату скорости, а на малых оборотах он невелик. Такому приводу редко приходится переносить серьезные перегрузки, пуск проходит легко, а при снижении скорости экономия электроэнергии ощутима. Нередко хватает модели с нормальным режимом и умеренным запасом по току.
Механизмы с постоянным моментом: конвейеры, транспортеры, дозаторы, поршневые компрессоры. Момент на валу примерно одинаков на любой скорости, и на малых оборотах привод обязан развивать то же усилие, что и на номинальных. Тут на первый план выходят перегрузочная способность и качество регулирования на низких частотах.
Механизмы с тяжелым пуском: дробилки, мельницы, шнеки, мешалки для вязких сред, подъемники. Момент трогания заметно превышает рабочий, а разгон затягивается. Преобразователь подбирают по тяжелому режиму, закладывают запас по току и, как правило, берут модель с векторным управлением. Характерный признак ошибки: вхолостую привод крутится, а под нагрузкой останавливается по защите от перегрузки.
Если трудно понять, к какой группе относится механизм, ориентируйтесь на тяжелый режим. Запас по току убережет от ложных остановов во время разгона.
Режим пуска: что на самом деле происходит с током
Если включить асинхронный двигатель напрямую в сеть, он возьмет ток, в несколько раз превышающий номинал. В той же статье БГАТУ приведена оценка: при плавном пуске через частотный преобразователь пусковой ток уменьшается с 600 % до 100-150 % номинального тока двигателя. Цифры справедливы для типовых условий, а в конкретном приводе они зависят от нагрузки и выставленного времени разгона.
Из этого вытекают два вывода, важных для подбора. Во-первых, сеть и защитный автомат больше не получают ударов по току, а механика разгоняется плавно: подшипники изнашиваются медленнее, реже рвутся ремни, цепи и ленты конвейеров. Во-вторых, сам преобразователь обязан выдержать токи разгона. При тяжелом механизме или требовании быстрого разгона ток в этот период подходит к предельному и держится на нем дольше.
Чтобы оценить запас, найдите в документации изготовителя три величины: допустимую кратность перегрузки по току, ее длительность и допустимую частоту повторов. У разных серий они отличаются, универсальных цифр здесь не существует. Если пуски частые, а разгон долгий, модель с минимальным запасом начнет перегреваться, причем защита сработает лишь после того, как за серию пусков накопится тепло.
Когда пуск тяжелый, частый или быстрый, выбирайте преобразователь на ступень выше по току. Для вентилятора или насоса с неспешным разгоном допустимо остановиться на модели, подобранной по номинальному току.
Скалярное или векторное управление
От способа управления зависит, как привод ведет себя на малых скоростях и при резких толчках нагрузки.
При скалярном управлении поддерживается заданное отношение напряжения к частоте. Настроить такой режим просто, и он годится для насосов, вентиляторов и прочих механизмов, где момент на малых оборотах невелик, а строгая точность скорости не требуется. Его часто выбирают для приводов, большую часть времени работающих в одном диапазоне скоростей.
Векторное управление регулирует момент и магнитный поток двигателя независимо друг от друга. Скорость при колебаниях нагрузки удерживается точнее, момент сохраняется на низких частотах, а при поддержке моделью и наличии датчика обратной связи даже на нулевой скорости. Для конвейеров, подъемников, намоточных станков и механизмов с резко меняющейся нагрузкой это обычно оправданное решение.
Векторный режим без датчика скорости опирается на оценку скорости по току и напряжению. Когда нужны высокая точность либо удержание момента на нуле оборотов, ставят энкодер и берут модель, у которой есть вход для него.
Для многих векторных алгоритмов требуется автонастройка под параметры мотора. Значит, данные с шильдика вносят в преобразователь внимательно и по возможности запускают процедуру автонастройки, описанную изготовителем.
Особенности мотор-редукторов
Если мотор работает через редуктор, преобразователь выбирают по электрической части, то есть по двигателю. Но у механики свои пределы, и они определяют допустимый диапазон частот.
Скорость на выходе редуктора зависит от передаточного числа и частоты питания мотора. Подъем частоты выше номинальной ускоряет выходной вал, но уменьшает момент на валу двигателя, а подшипники и сам редуктор рассчитаны на конкретные входные обороты. По этой причине верхнюю границу частоты определяют по документации на редуктор, а не по тому, на что способен преобразователь.
На малых частотах охлаждение самовентилируемого мотора ухудшается. В статье БГАТУ отмечено: если обычный двигатель с вентилятором на валу долго работает на скорости ниже трети номинальной, обдув резко слабеет и обмотки способны перегреться. Выхода два: уменьшить нагрузку при длительной работе на малой скорости либо поставить независимое охлаждение. Если мотор-редуктор регулярно ходит на малых оборотах, этот момент нужно проверить еще при подборе.
Червячные и иные редукторы с большим передаточным числом плохо переносят ударные нагрузки. Плавный разгон и торможение по рампе увеличивают их срок службы, но параметры рампы придется подстраивать под конкретную механику.
Данные мотор-редуктора и шильдик двигателя можно отправить поставщику для сверки. Например, компания Промаир занимается поставкой приводной техники, и для проверки ей хватит снимка шильдика и описания задачи.
Напряжение, фазы и сеть
Класс напряжения частотника должен соответствовать сети, к которой он подключается. Для трехфазной сети 380 В нужен трехфазный преобразователь этого класса.
Встречается и другая ситуация: мотор трехфазный, а в здании лишь однофазная сеть 220 В. Для небольших мощностей выпускают модели с однофазным входом и трехфазным выходом. У них входной ток при той же мощности больше, поэтому кабель и автомат рассчитывают по входному току конкретной модели, а не по току двигателя. По мере роста мощности однофазная линия быстро перестает справляться.
Перед преобразователем устанавливают защитный автомат. Его номинал берут из таблицы изготовителя для выбранной модели, а не оценивают на глаз по току мотора. Если того требуют документация или состояние сети, на входе или выходе добавляют дроссель либо фильтр.
Длина кабеля между преобразователем и мотором тоже важна. Длинная трасса создает дополнительную нагрузку на изоляцию и на сам преобразователь, поэтому производители задают предельные длины или советуют выходные дроссели и фильтры. Если двигатель расположен далеко от шкафа, выясните это заранее.
Функции, на которые стоит смотреть при выборе
Когда основные параметры сошлись, переходите к сравнению по возможностям.
- Диапазон регулирования скорости и поведение привода на низких частотах.
- Способы задания скорости: потенциометр, аналоговый вход, дискретные входы, цифровой интерфейс для связи с контроллером.
- Торможение: при большом моменте инерции или необходимости быстро остановить механизм обратите внимание на встроенный тормозной прерыватель и возможность подключить тормозной резистор.
- Защиты: от перегрузки по току, перегрева, обрыва фазы, короткого замыкания. Полезны вход для датчика температуры обмотки (например PTC) и функция безопасного отключения момента, если этого требует безопасность механизма.
- Класс защиты корпуса: в пыльных и влажных помещениях IP20 в обычном шкафу может не подойти.
- Охлаждение: преобразователю нужен достаточный поток воздуха, а при высокой температуре в шкафу допустимый ток уменьшается, что указано в документации.
Типичные ошибки при подборе
- Выбор только по киловаттам: причины разобраны выше.
- Отсутствие запаса для тяжелого пуска: симптомы описаны в разделе про тип нагрузки.
- Опора на рабочий ток вместо номинального тока двигателя.
- Путаница со схемой соединения обмоток и напряжением. Мотор с обмотками под 220 В нельзя подключать к выходу преобразователя на 380 В, поэтому схему сверяют по шильдику до первого пуска.
- Расчет по неполным данным. При затертой табличке ток нельзя брать по аналогии с другой моделью: вначале ищут паспорт или каталожные сведения по типу двигателя.
Как проверить себя перед заказом
- Напряжение и число фаз сети соответствуют классу преобразователя.
- Номинальный выходной ток преобразователя не меньше номинального тока двигателя при рабочем напряжении.
- Режим нагрузки (нормальный или тяжелый), для которого заявлен этот ток, подходит вашему механизму.
- Пусковые токи и время разгона укладываются в допустимую перегрузку по документации.
- Способ управления отвечает требованиям к моменту на малых оборотах.
- Охлаждения мотора на минимальной рабочей скорости достаточно, либо предусмотрена независимая вентиляция.
- Защитный автомат, кабель и при необходимости дроссели подобраны по таблице изготовителя.
- Для мотор-редуктора предельные частоты и обороты сверены с документацией на редуктор.
Если по какому-то пункту остаются сомнения, обсудите его с инженером до заказа. Поставщику приводной техники для сверки хватит снимка шильдика двигателя и краткого описания задачи.
FAQ
Нужен ли дроссель между преобразователем и двигателем?
Не во всех случаях. Это определяют длина кабеля и указания изготовителя: на длинных трассах растет нагрузка на изоляцию и на преобразователь, поэтому в паспорте модели обычно есть предельная длина и рекомендации по выходным дросселям и фильтрам.
Как подобрать частотник при замене вышедшего из строя?
Перепишите данные с шильдика прежнего преобразователя: напряжение, число питающих фаз, выходной ток, режим нагрузки. После этого сопоставьте их с током мотора и условиями пуска. Одного совпадения по мощности для замены мало, ток нужно проверить отдельно.
Можно ли подключить трехфазный двигатель к однофазной сети через частотник?
Да, если мощность небольшая: у таких моделей вход однофазный, а выход трехфазный. Потребляемый из сети ток при этом больше, поэтому сечение кабеля и номинал автомата берут из паспорта преобразователя. С ростом мощности однофазная линия обычно перестает подходить.
Чем скалярное управление отличается от векторного?
Скалярный способ держит заданное отношение напряжения к частоте и хорош для насосов и вентиляторов. Векторный контролирует момент и поток раздельно, лучше сохраняет момент на низких оборотах и выбирается для конвейеров, подъемников и нагрузок с резкими скачками.
Можно ли использовать старый двигатель с частотным преобразователем?
Часто да, но предварительно проверьте состояние изоляции, данные шильдика и охлаждение на малых оборотах. Если мотор самовентилируемый и долго работает ниже трети номинальной скорости, ему может понадобиться независимое охлаждение или уменьшение нагрузки.
Что делать, если шильдик двигателя нечитаем?
Поищите паспорт или каталожные сведения по типу мотора. Если их нет, ток можно замерить в работе, но выбирать по нему преобразователь рискованно. Надежнее обратиться за консультацией к поставщику и сверить параметры по габаритам и типу двигателя.