Частотний перетворювач техніка

Перетворювачі частоти (VFD) – що це і для чого потрібні?

Перетворювач частоти (також частотний перетворювач, частотник , VFD – Variable Frequency Drive) – це електронний пристрій, призначений для управління швидкістю обертання електродвигуна шляхом зміни частоти та величини подаваємого на нього змінного струму. Простими словами, за допомогою ПЧ можна плавно розганяти або сповільнювати двигун, задавати йому потрібні оберти замість фіксованих 100% при прямому підключенні до мережі.

Такі технології знаходять широке застосування в промисловості та господарстві: від регулювання швидкості конвеєра або насоса до налаштування обертів вентилятора системи вентиляції. Без частотного приводу електродвигун завжди працює на максимальній швидкості, що не завжди потрібно і економічно. Перетворювач частоти дозволяє:

• Економити електроенергію: зниження частоти обертання двигуна призводить до пропорційного зменшення споживання енергії. Наприклад, вентилятор або насос, що працює на половині швидкості, споживає в рази менше електрики – економія може досягати 20-60% в залежності від навантаження.

• Забезпечувати плавний пуск і зупинку: частотник розганяє двигун поступово, виключаючи різкі стрибки струму. Пускові струми знижуються в 3-5 разів у порівнянні з прямим пуском, що запобігає провалам напруги в мережі та знижує навантаження на електропостачання.

• Подовжувати ресурс обладнання: плавна робота без ударних навантажень зменшує знос механіки – муфт, редукторів, підшипників. Убираються гідроудари в насосах під час запуску/зупинки. В результаті мотор і супутні вузли служать довше, рідше потребують ремонту.

• Гнучко управляти технологічним процесом: можна задавати будь-яку потрібну швидкість обертання, програмувати різні режими. Багато сучасних частотних перетворювачів оснащені вбудованими контролерами і дозволяють створювати цілі алгоритми роботи двигуна (розгін до певних обертів, підтримка тиску, реверс тощо) без додаткової автоматики. Це спрощує автоматизацію виробничих ліній.

• Захищати двигун: майже всі частотники мають функції захисту – від перевантаження по струму, перегріву двигуна, пропадання фази, заклинювання ротора. Фактично, ПЧ виконує роль ще й пристрою захисту двигуна , відключаючи живлення при аварійних ситуаціях більш акуратно, ніж прості запобіжники.

Конструктивно перетворювач частоти є блоком електроніки (напівпровідниковий інвертор), який модулює напругу і частоту на виході. Існує безліч моделей: малопотужні компактні (для насосів опалення, кондиціонерів, верстатів) і потужні шафні рішення (для двигунів у десятки і сотні кВт). Також є однофазні частотники (вхід 220В, вихід 3ф 220В для невеликих двигунів) і трифазні (380В) для промислової мережі. Вибір залежить від параметрів двигуна: його потужності (кВт), номінального струму, потрібного діапазону регулювання.

Пристрої плавного пуску – особливості та застосування

Пристрій плавного пуску (УПП, soft starter) – це прилад, завдання якого забезпечити м’який запуск електродвигуна шляхом тимчасового зниження напруги на вході. На відміну від частотного перетворювача, пристрій плавного пуску не регулює швидкість постійно , а лише контролює момент розгону (і часто зупинки). Зазвичай софтстартер задіяний тільки в перші секунди пуску: він обмежує пусковий струм, плавно підвищуючи напругу з 0 до номінальної, після чого двигун працює безпосередньо від мережі з максимальною швидкістю.

Основні переваги soft starter схожі з частотником стосовно самого моменту запуску двигуна:

• Зниження пускових струмів: навіть без зміни частоти, поступове підняття напруги дозволяє зменшити стартовий струм (який при прямому включенні може в 6-7 разів перевищувати робочий). Це рятує електричну мережу від перевантажень, усуває різкі стрибки, які можуть вибивати автоматичні вимикачі.

• М’який механічний старт: двигун набирає оберти не ривком, а поступово. Це зменшує ударні навантаження на з’єднані механізми. Наприклад, плавний пуск двигуна насосної станції запобігає гідроудару в трубах, а для стрічкового транспортера – знижує ризик обриву стрічки і зносу вузлів.

• Компактність і простота: пристрої плавного пуску зазвичай простіші і дешевші за частотні перетворювачі. Вони не містять складної схеми інвертора, а побудовані на тиристорах, які плавно відкриваються на старті. Відповідно, УПП дешевше, а налаштування зводиться до встановлення часу розгону/гальмування і обмеження струму.

Однак важливо розуміти відмінності між частотним перетворювачем і пристроєм плавного пуску. Soft starter не дозволяє змінювати швидкість двигуна в процесі роботи – після розгону двигун крутиться на повній частоті мережі (50 Гц). Тому УПП використовується там, де потрібен лише м’який старт/стоп, а швидкість постійна. Це, наприклад, насоси, компресори, великі вентилятори , які завжди працюють на максимальній продуктивності, але стикаються з труднощами при запуску через великі маси або протидію.

Якщо ж потрібно регулювати швидкість або економити енергію при частковому навантаженні – тут вже знадобиться саме перетворювач частоти . Нерідко на підприємствах застосовується комбінація: для двигунів, де критична тільки проблема пускових струмів (і немає сенсу витрачатися на дорогий ПЧ) – ставлять пристрої плавного пуску; а для вузлів, що потребують змінної швидкості – частотники.

Зовні УПП часто виглядають схоже з частотником – модуль або шафа, що підключається до ланцюга живлення двигуна. Багато виробників пропонують серію як софтстартерів, так і VFD. Наприклад, компанія Schneider Electric має лінійки Altistart (пристрої плавного пуску) та Altivar (перетворювачі частоти). ABB – серії PSTX (soft start) та ACS (частотники). Таким чином, користувач може підібрати рішення під свій бюджет і задачу.

Для наочності порівняємо основні характеристики перетворювачів частоти та пристроїв плавного пуску:

Таблиця: порівняння перетворювача частоти та пристрою плавного пуску. Ми бачимо, що частотний перетворювач – пристрій більш універсальний, що забезпечує повний контроль над мотором, тоді як софтстартер – рішення для дешевшого плавного запуску. Нерідко на невеликих і середніх потужностях віддають перевагу частотникам, оскільки різниця в ціні виправдовується енергозбереженням і функціональністю. На дуже великих двигунах (сотні кВт), де частотний привід коштує дуже дорого, можуть застосовувати УПП як компроміс.

Рекомендації щодо вибору частотно-перетворювальної техніки

Вибираючи обладнання з категорії частотно-перетворювальної техніки, варто враховувати наступні моменти:

• Характеристики електродвигуна: ключові параметри – потужність двигуна (кВт), номінальний струм (А), номінальна напруга (230В/400В/690В) та тип підключення (зірка/трикутник для асинхронних машин). Перетворювач або УПП підбирають з невеликим запасом по струму (зазвичай +10-20% від струму двигуна) для надійної роботи. Якщо планується, що двигун працюватиме з перевантаженням, вибирайте модель на клас вище.

• Вимога до управління: визначте, чи потрібно вам регулювати швидкість в процесі роботи. Якщо так – ваш вибір однозначно перетворювач частоти . Якщо задача тільки пом’якшити пуск – можна обмежитися soft starter , що буде дешевше. Іноді розумно поєднувати: наприклад, для насоса, який майже завжди перекачує один і той же об’єм, але важко стартує, підійде УПП. А ось для вентилятора в системі кондиціювання, де потрібно змінювати продуктивність – потрібен частотник.

• Умови експлуатації: зверніть увагу на ступінь захисту корпусу (IP). В цехах з пилом, вологістю або на вулиці потрібні рішення в захищеному виконанні (IP54 і вище, або установка в шафу). Температурний режим також важливий – деякі частотники вимагають дерейтинг (зниження потужності) при жарі вище +40°C. Урахуйте необхідність охолодження: потужні приводи виділяють тепло, їм може знадобитися хороша вентиляція або навіть кондиціонування шафи.

• Функціональні можливості: сучасні частотні перетворювачі – це розумні пристрої з масою налаштувань. Подумайте, чи потрібні вам додаткові функції: вбудований ПІД-регулятор (для автоматичного підтримання тиску/температури), можливість підключення до комп'ютера або мережі (Modbus, CANopen тощо), дистанційне управління , вбудований фільтр EMC (для подавлення перешкод) тощо. Якщо потрібен лише базовий пуск/зупинка і ручна установка частоти – можна взяти просту бюджетну модель. Якщо ж проект складний, з інтеграцією в систему автоматизації – обирайте бренд і модель з необхідними комунікаціями та підтримкою протоколів.

• Виробник і сумісність: віддайте перевагу відомим брендам, особливо для відповідальних застосувань. ABB, Siemens, Schneider, Danfoss, Mitsubishi, Delta – ці марки лідери ринку з надійною репутацією. Їх обладнання має україномовну документацію, сервісну підтримку, а також легко інтегрується з іншими компонентами (датчиками, контролерами). Менш відомі китайські марки можуть коштувати дешевше, але переконайтеся у наявності сервісу та реальних відгуків. Сумісність означає, що якщо у вас вже стоїть якесь обладнання (наприклад, шафа управління Schneider), логічно додати до нього і софтстартер тієї ж фірми для кращої інтеграції.

• Бюджет і економічна ефективність: розрахуйте економічний ефект від застосування ПЧ. Якщо він потрібен для енергозбереження, оцініть, скільки заощадить частотник і за скільки часу окупиться його ціна. Іноді вкладення в дорогий перетворювач виправдане, коли енергоспоживання дуже високе і економія суттєва (наприклад, великі насоси або вентиляція паркінгу). В інших випадках, якщо вигода невелика, має сенс обмежитися більш простим рішенням. Також врахуйте, що пристрій плавного пуску зазвичай дешевше, але не дає економії енергії – його «окупність» виражається лише в зниженні витрат на обслуговування (менше аварій, менше знос).

Нарешті, при виборі складнотехнічного обладнання не соромтеся звертатися до фахівців. Багато виробників і продавців пропонують консультації інженерів, допомагають розрахувати параметри. Правильний підбір частотно-перетворювальної техніки гарантує, що ваші електродвигуни будуть працювати надійно, економічно і довго , а ви уникнете проблем з мережею та обладнанням.

FAQ – Питання про частотні перетворювачі та УПП

Q: Для чого потрібен частотний перетворювач в системі з електродвигуном?
A: Частотний перетворювач потрібен для плавного регулювання швидкості електродвигуна і управління його потужністю . Без нього двигун при вмиканні відразу виходить на повні оберти мережі (зазвичай 3000 об/хв для 50 Гц) і споживає максимум струму. За допомогою частотника можна задати будь-яку потрібну швидкість обертання – наприклад, 50%, 80% від номінальної – тим самим адаптуючи роботу механізму (насоса, вентилятора, конвеєра) під поточні потреби. Це дозволяє економити електроенергію , адже при зниженій швидкості мотор споживає менше потужності. Крім того, перетворювач частоти здійснює плавний пуск двигуна: розгін без ривка знижує знос обладнання і усуває сильний стрибок струму при старті. В результаті частотний перетворювач надає більш гнучке і бережне управління електроприводом.

Q: Чим відрізняється пристрій плавного пуску від частотного перетворювача?
A: Головна відмінність в тому, що пристрій плавного пуску (soft starter) призначене тільки для м’якого запуску (і іноді зупинки) двигуна, а перетворювач частоти забезпечує повний контроль швидкості на протязі всієї роботи. Софтстартер знижує напругу на вході двигуна в момент пуску, тим самим обмежуючи пусковий струм і плавно розганяючи мотор до номінальної швидкості. Після розгону пристрій плавного пуску зазвичай обходиться (bypass) і двигун працює безпосередньо від мережі з фіксованою швидкістю 100%. Частотний же перетворювач подає живлення на двигун постійно, з регульованою частотою – ви можете змінювати оберти двигуна в будь-який момент, зупиняти його, знову розганяти до різної швидкості. Також частотник може виконувати функції софтстартера, адже він також запускає мотор плавно. Якщо узагальнити: soft starter дешевше і простіше , але не вміє регулювати швидкість, а VFD дорожче , зате надає повне управління, включаючи функцію плавного пуску, і економію енергії при часткових навантаженнях.

Q: Які бренди частотних перетворювачів найбільш надійні?
A: Серед надійних виробників частотних перетворювачів (і пристроїв плавного пуску) можна виділити декілька лідерів ринку: ABB , Schneider Electric , Siemens , Danfoss , Mitsubishi Electric , Allen-Bradley (Rockwell Automation) , Delta Electronics , Hitachi , Omron . Ці бренди випускають якісне обладнання з широким модельним рядом – від малопотужних пристроїв для побутових потреб до промислових систем на сотні кіловат. Продукція лідерів відрізняється стабільною роботою, наявністю всіх необхідних захистів, точністю підтримання параметрів. Крім того, вони забезпечують сервіс і підтримку: доступні запчастини, сервісні центри, технічна документація і консультації. На ринку також присутні і більш бюджетні рішення (наприклад, від китайських виробників, таких як INVT, Veichi, Hyundai і інші) – вони можуть бути цілком працездатними, але важливо впевнитися в наявності гарантії і сервісу. При виборі бренду варто враховувати сумісність з уже існуючим обладнанням і рекомендаціями галузевих фахівців. У нашому каталозі представлена частотно-перетворювальна техніка від провідних світових брендів, що гарантує якість і довговічність пристроїв.