Шкаф для частотного преобразователя своими руками

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

предназначены для плавного запуска и остановки, управления частотой и направлением вращения вала трехфазного электродвигателя при помощи индвидуального частотного привода. Шкафы управления частотным преобразователем используются для поддержания заданного параметра (давление, расход воды, поток воздуха, температура) в системах водоснабжения и водоотведения, кондиционирования, отопления, вентиляции, а также для управления работой производственных станков, конвейеров, компрессоров, мешалок, транспортерных лент, лифтов и другого электрооборудования.

Для более сложных задач, например для управления станками-качалками нефти рекомендуем использовать специализированные шкафы.

Шкаф управления с преобразователем частоты работает в автоматическом (по внешнему сигналу от аналогового или дискретного датчика), дистанционном (с диспетчерского пункта или кнопочного поста) и ручном режимах (с панели управления на дверце щита или с панели на самом частотном преобразователе).

В основе шкафов управления двигателем нашего производства лежит промышленное оборудование Schneider Electric — преобразователи частоты Altivar12, Altivar212, Altivar320.

Шкаф управления двигателем с частотным регулированием поставляется полностью готовым к монтажу и установке, он легко настраивается под разнообразные потребности заказчика благодаря функции Plug&Play (ATV12) и бесплатному ПО SoMove от Schneider Electric. Если вам необходим купить шкаф управления конкретным исполнительным механизмом, например шкаф управления вентиляцией, шкаф управления дренажным насосом или шкаф управления градирней можете обратиться к нашим типовым решениям на сайте.

ФОТО щита управления двигателем с преобразователем частоты в сборе

Основные схемы подключения

Чтобы обеспечить все необходимые функции, которые были описаны выше, необходимо использовать именно автоматические режимы работы, а не элементы ручного управления приводом. Однако справедливо будет отметить, что некоторые старые образцы станков для резки металла все еще используют пакетные переключатели для смены числа пар полюсов или же для обеспечения реверса.

Применение в схемах подключения асинхронных двигателей (АД) не только пакетных выключателей, но и рубильников возможно, но они выполняют лишь одну функцию — подключение схемы к подаче напряжения. Все остальные операции, которые предусматривает схема управления двигателем, выполняются под руководством электромагнитного пускателя.

Смотреть галерею

При подключении схемы АД с короткозамкнутым ротором через такой тип пускателя обеспечивается не только удобный режим управления, но и создается еще и нулевая защита. Чаще всего в качестве схем управления двигателем в станках, установках и других машинах используется три метода включения:

Функционал шкафа управления

Плавный пуск; управление крутящим моментом, направлением вращения (реверс); плавная остановка трехфазных асинхронных электродвигателей.
Скалярное U/f-регулирование и векторное управление
Выбор способа управления работой ПЧ: автоматическое, ручное, дистанционное (опция)
Защита ПЧ и электродвигателя от перегрузок и коротких замыканий
Тепловая защита ПЧ и электропривода
Защита от повышенного/пониженного напряжения питания и обрыва фаз
Точное поддержание необходимого параметра в технологическом процессе благодаря встроенному ПИД-регулятору
Визуальный мониторинг состояния преобразователя частоты: заданная частота, частота выходного напряжения, ток двигателя, температуру и рабочее состояние двигателя (остановка, вращение вперед, вращение назад, работа, разгон, замедление, торможение, остановка на выбеге и т.д.)
Индикация состояний шкафа управления в целом: “Наличие напряжения”, “Авария”
Удаленный мониторинг состояния системы с возможностью регулировки работы двигателя из диспетчерской по протоколам ModBus/CANopen, с телефона по GSM/GPRS-связи и пр. (опция)

Алгоритм и принцип работы шкафа с ПЧ

Время разгона, время торможения, нижняя/верхняя скорость вращения и другие параметры являются регулируемыми и настраиваются прямо с панели управления ПЧ

По умолчанию шкаф выдает в верхнюю систему управления следующие сигналы о своем состоянии:

В ручном режиме управление работой двигателя происходит при помощи кнопок “Пуск”, “Стоп”. Скорость вращения двигателя управляется при помощи выносного потенциометра.

Мы также производим шкафы управления с частотным преобразователем с расширенным функционалом, для систем HVAC — такие как шкафы управления приточно-вытяжной вентиляцией.

Технические характеристики и условия эксплуатации

Несмотря на огромное разнообразие моделей, имеющихся в продаже, технические характеристики у них одинаковые, но могут немного отличаться по параметрам:

Номинальное напряжение (в случае с переменным током – до 660В, при постоянном – до 440В).
Наименьшее рабочее напряжение (при переменном тока – от 36, при постоянном – от 24).
Номинальное напряжение, приходящееся на изоляционные слои (до 660В).
Номинальная сила тока (10А).
Сквозной ток, протекающий через кнопочный пост в течение одной секунды (200А).
Номинальный режим работы (их может быть 4 вида: кратковременный, повторно-кратковременный, продолжительный и прерывисто-продолжительный).

Эксплуатация во многом зависит от типа поста управления, однако есть ряд общих моментов:

Прежде всего, кнопочный пост не должен находиться выше 4300 м над уровнем моря.
Температура в цеху или ином рабочем помещении может быть от -40 до +40 градусов.
Если влажностный режим будет превышать показатель 80% при температуре 20 градусов, то в скором времени это приведет к порче контактов, при температуре 40 градусов данный показатель должен быть не выше 50%.
Существуют устройства, способные работать во взрывоопасной среде, однако большинство моделей на это не рассчитаны.
Кроме того, в окружающей среде не должно быть большое количество пыли, способное проводить электрический ток, агрессивного газа и водяного пара.
Допускать воздействие прямых солнечных лучей на конструкцию категорически запрещается.

Преимущества щитов автоматики с преобразователем частоты нашего производства

Возможность быстрого подбора необходимого щита на сайте, благодаря наличию собственных типовых решений
Оборудование Schneider Electric
Срок производства типового шкафа управления — 5 дней
Широкие возможности конфигурирования системы
Сертифицированное производство и инжиниринг
Увеличение срока службы двигателя за счет плавного бесступенчатого запуска и остановки
Встроенная защита от перегрузок, недопустимого уровня напряжения и перегрева
Встроенный ПИД-регулятор и ЭМС-фильтр
Экономия электроэнергии до 30% (по сравнению с прямым пуском)
Cos (f) двигателя при частотном регулировании 0,96-0,98
Коммуникационные интерфейсы: Modbus, CANopen

Стандартная комлектация шкафа автоматики

Корпус IP54
Преобразователь частоты ATV Schneider Electric с ПИД-регулятором и фильтром ЭМС
Автоматический выключатель для защиты электродвигателя
Выносной задатчик скорости управления двигателем (потенциометр)
Сигнальные лампы “Сеть”, “Авария”
Клеммные блоки для подключения силовых цепей и цепей управления

Вместе со щитом управления в комплект поставки входит: паспорт изделия со схемой, сертификат соответствия ТУ, руководство по программированию преобразователя частоты ATV, руководство по эксплуатации шкафа управления, бухгалтерские документы.

Опции и дополнительный функционал

Интеллектуальное управление приводом на базе программируемого реле Zelio Logic или контроллера Modicon M221
Сенсорная панель управления
Корпус IP65
Обогрев,охлаждение
Резерв по питанию (система автоматического ввода резерва АВР)
Датчик РТС
Дополнительные фильтры ЭМС, дроссели, тормозные модули и резисторы для ПЧ
Щитовой мультиметр
Счетчик моточасов
Контроль и сигнализация обрыва датчика
Интеграция в SCADA-системах с возможностью удаленного управления по GSM-связи
Кнопочный пост управления

Кнопочный пост

Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.

Смотреть галерею

Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:

Цена шкафа управления и автоматики ШУ с преобразователем частоты

Не секрет, что в итоговой цене готового шкафа управления большую часть занимает цена частотного привода. Другие производители электрощитов часто экономят на этом и ставят преобразователи частоты малоизвестных брендов: ETI, IDS Drive, Owen, Vector, Lenze — они часто ломаются и имеют заниженные характеристики по управлению и безопасности.

Цена шкафов управления двигателем с преобразователями Schneider Electric производства компании ПромЭлектроСервис зачастую, ниже чем предложения конкурентов. Это достигается за счет серийности выпуска щитов, наличия типовых решений, а также дилерских соглашений с производителями комплектующих. Если необходимо доработать проект или снизить итоговую цену шкафа автоматики — мы предлагаем проверенные частотники Danfoss, Hyundai, ESQ, ABB.

Актуальные цены на шкафы управления представлены на нашем сайте.

Схема с нереверсивным пускателем

Схема подключения магнитного пускателя через кнопочный пост предполагает применение низкоомного расширителя. Выпрямители в данном случае соединяются с обмоткой преобразователя. Нормально-замкнутый контакт выключателя устанавливается по первой фазе. Также надо отметить, что фильтры разрешается использовать с сеточным триодом.

Сопротивление пускателя в среднем равняется 55 Ом. Если рассматривать схему с дипольным переходником, то регулятор устанавливается на импульсном выпрямителе. Выходные контакты замыкаются непосредственно на динисторе. Для проверки поста используется тестер. Также надо отметить, что встречаются переменные преобразователи. Пускатели с данными элементы можно подключать через контроллер по нулевой фазе. Однако потребуется фильтр с магнитным триодом.

Производство щитов управления с преобразователем частоты

Производство шкафа управления с преобразователем частоты состоит из нескольких этапов: размещение заказа — работа над составлением/доработкой схемы управления — комплектация заказа — сборка щита управления — проверка продукции отделом ОТК — составление сопроводительной технической документации — упаковка и отправка заказа. Этапы производства электрощитов описаны в специальной статье.

Мы оказываем инжиниринговую поддержку и даем технические консультации нашим заказчикам на всех этапах производства шкафа управления с частотником – от проектирования до пусконаналадки на объекте.

Вся выпускаемая электрощитовая продукция в компании ПромЭлектроСервис НКУ имеет соответствующие сертификаты.

Как выбрать и купить шкаф и щит управления двигателем с преобразователем частоты?

Если вы хотите купить шкаф управления с преобразователем частоты, в первую очередь необходимо обратиться к типовым решениям, представленным в нашем онлайн-каталоге. Выберите необходимые параметры: количество, мощность и ток двигателя, количество фаз питающей сети и характер подключаемой нагрузки (типоисполнение). Если этих данных достаточно — можно оформить заказ на сайте и купить шкаф управления с частотником онлайн.

В случае, если в щите управления нужно реализовать дополнительный функционал или применить частотный преобразователь другого производителя — пришлите запрос на нашу электронную почту [email protected]. Наши специалисты помогут вам подобрать необходимый щит управления для вашего технологического процесса.

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 не сдержусь, немного теории для тех, кто 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 в блоге много статей, вот основные:

Схемы подключения трехфазного электродвигателя
Схемы подключения магнитного пускателя
Подключение двухскоростного асинхронного двигателя
Схемы подключения двигателя “Звездой” и “Треугольником”
Реле для управления двигателем по схеме “Звезда-Треугольник”
Мягкий пускатель (софтстартер) – устройство и применение
Устройство плавного пуска (УПП) электродвигателя. Пример применения
Описание работы схем на реле и контакторах

Статьи на Дзене - в конце статьи.

Схема включения и работа преобразователя частоты

Схема включения ПЧ, если очень просто, выглядит так:

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.

Работа преобразователя частоты, если говорить о приведенной выше схеме, описывается просто: Три фазы на входе, три фазы на выходе. На входе три фазы имеют, как правило, линейное напряжение 380 В с частотой 50 Гц.

В зависимости от типа подключенного двигателя, линейное напряжение на выходе изменяется от 0 до 380 В, при этом выходная частота зависит от напряжения, и может меняться от 0 до 100 Гц и более (там уже не выдерживает механика). Как зависит частота от напряжения, описывает вольт-частотная характеристика, которая в простейшем случае будет линейной:

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 бумажном 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.

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:

В станке два двигателя – вытяжка пыли и привод полировки.

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

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

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

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.

Установка и подключение преобразователя частоты

Теперь расскажу и покажу пошагово, как я смонтировал частотник.

Для начала приготовил переднюю панель.

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

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

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:

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

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

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.

Что получилось

В итоге панель управления приобрела такой вид:

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:

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.

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:

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.

Скорость меняется кратковременным нажатием на кнопки Больше/Меньше.

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.

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: 258 раз./

• Manual VFD-EL_UM_RU_2016 / Руководство по эксплуатации на частотник Дельта, о котором идет речь в статье, pdf, 8.41 MB, скачан: 244 раз./

• VFD Danfoss manual / Просто о сложном. Популярная книга про устройство и принципы работы преобразователей частоты и асинхронных двигателей., pdf, 2.36 MB, скачан: 387 раз./

• Соколовский. Учебник по ПЧ для вузов / Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебник, zip, 2.26 MB, скачан: 297 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: 289 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. zip, 13.87 MB, скачан: 229 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: 41 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!

Статьи в тему производства:

Некоторые мои статьи на Дзене про электродвигатели и пром.оборудование:

Как узнать обороты асинхронника по обмотке
Применение ПЧ Шнайдер: шикарный пример
Пример жестокого обращения с асинхронным двигателем
Почему сгорел двигатель на низких оборотах?
Как затормозить электродвигатель
Выбор ПЧ насоса
Как правильно охлаждать силовой шкаф
Как измерить пусковой ток электродвигателя
Как определить направление вращения ротора
Как по фото узнать скорость вращения двигателя?
Про температуру двигателя
Теплушка: как защитить электродвигатель
Контактор vs Пускатель : разница принципиальная!
Пример применения софтстартера
Как мы спалили софтстартер
Как мы спалили вводной автомат
Как мы спалили частотник: КЗ на входе
Оптический датчик: безопасность превыше всего!
Схемы подключения транзисторных датчиков
Зачем нужен линейный контактор
Какой двигатель можно подключать в “звезду-треугольник”, а какой нет?
"Звезда/Треугольник": как работает схема
"Звезда/Треугольник": примеры реализации схемы
Что будет, если вместо "Треугольника" двигатель включить в "Звезду"?(Не повторять! Приготовьте огнетушитель!)
Контрольные цепи в промышленном оборудовании: принципы построения
Пошлый турецкий станок

Автор канала даёт консультации и пишет на заказ статьи по вопросам промышленной и бытовой электрики и электроники. Подробности здесь .

Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!

Обращение к хейтерам: за оскорбление Автора и Читателей канала - отправляю в баню.

Использование частотных преобразователей в электроприводе насосов и насосных установок позволяет оптимизировать управление, существенно увеличивает срок службы трубопроводной системы и самих агрегатов, повышает производительность, снижает потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы. Комплектовать каждый агрегат преобразователем частоты и индивидуальной станцией управления в большинстве случаев экономически невыгодно. На насосных станциях различного назначения используют шкафы управления.

Сферы применения шкафов управления на базе преобразователей частоты

Шкафы управления электропроводом насосных агрегатов используют:

В централизованных и автономных системах водоснабжения. Шкафы с преобразователями применяются на насосных станциях водозабора, орошения, подачи воды бытового и хозяйственного назначения в здания и сооружения.
В системах подачи горячей воды и отопления. Шкафы управления обеспечивают регулирования производительности насосных агрегатов по температуре, расходу, давлению в сети.
В промышленных системах охлаждения. Электрооборудование на базе частотных преобразователей обеспечивает отвод тепла и эффективное охлаждение промышленного оборудования.
В технологических линиях пищевой, химической и других отраслях промышленности. Для обеспечения согласованной работы дозаторов и других элементов технологической цепочки широко применяют шкафы на базе преобразователей частоты.
В системах пожаротушения. Шкаф управления обеспечивает оптимальный режим работы жокей-насоса, автоматический пуск основных агрегатов при пожаре и связь с другими инженерными системами.

Управление осуществляется в автоматическом режиме. При возникновении внештатных ситуаций и аварий предусмотрен ручной пуск и отключение насосных агрегатов.

Состав шкафа управления на базе частотного преобразователя

Шкафы управления насосными установками и станциями состоят из устройств автоматики, аппаратов защиты, средств индикации и других элементов. Они содержат:

Автоматические выключатели, устройства защитного отключения. Эти устройства выполняют функцию коммутации и защиты силовых и управляющих цепей.
Частотный преобразователь. ПЧ выполняет функцию регулирования производительности насосных агрегатов и защиты приводных электродвигателей.
Систему автоматического включения резерва. При перебоях в электроснабжении АВР осуществляет переключение питания на резервную линию, генератор или АКБ. При появлении напряжения в сети, осуществляется обратное переключение.
Управляющий контроллер. Это устройство используются для контроля, задания режимов работы насосного оборудования и передачи данных на высший уровень АСУТП. В шкафах управления двумя-тремя агрегатами применяется упрощенная схема без контроллера. В этом случае частотные преобразователи выполняют функции ПИД-регулятора.
Электромонтажную арматуру. Этот элемент используется для соединения токоведущих линий.
ЖК-панель и индикаторные лампы. Такое оборудование служит для отображения режимов работы, сигнализации о ненормальных и аварийных режимах работы, индикации состояния всех элементов станции водоподачи.
Устройства для накопления, обработки и передачи информации. В сложных многоуровневых системах автоматизации шкафы содержат концентраторы, маршрутизаторы и другую аппаратуру для сбора и отправки данных на удаленные пункты.
Систему вентиляции и подогрева, обеспечивающую отвод тепла от электроаппаратов и поддержание заданного температурного режима. При разработке управляющих шкафов необходимо выдерживать расстояния до других электроаппаратов и стенок для эффективного охлаждения. В отдельных случаях рекомендуется установка отдельных вентиляторов.

Преимущества шкафов управления

Возможность использовать аппаратуру и оборудование в незащищенном от пыли и влаги корпусе.
Удобный доступ для настройки, проведения технического обслуживания и ремонта оборудования.
Контроль характеристик, режимов работы насосов и станции в целом.
Снижение потребления электроэнергии за счет оптимизации характеристик сети.
Экономия затрат на ремонт трубопровода, запорно-регулирующей арматуры. Удлинение промежутка между техническими обслуживаниями и ремонтами насосов.
Снижение вероятности гидравлических ударов при пуске и отключении.
Сокращение числа обслуживающего персонала.

При размещении частотного преобразователя в шкафу, соединения нужно выполнять экранированными кабелями. При необходимости нужно устанавливать фильтры для защиты от электромагнитных помех или применять преобразователи частоты со встроенными ЭМФ.

Функции шкафа управления

Функционал этого оборудования проектируется в соответствии с особенностями насосной станции. Обычно шкафы управления должны обеспечивать:

При помощи частотного преобразователя, коммутационных электроаппаратов, контроллера реализуются различные алгоритмы автоматического управления, ручные режимы с заданием параметров с панели или диспетчерского пункта, а также осуществляется прямой пуск.

Подключение и ввод щита управления на базе частотного преобразователя к насосам

При подключении насосов необходимо использовать силовые и контрольные кабели, рекомендуемого производителем сечения. Монтаж выполняется в следующем порядке:

Установка и фиксация шкафа.
Монтаж датчиков температуры и давления на трубопроводе.
Подключение силового кабеля от вводного автомата.
Присоединение контрольных кабелей от датчиков и к удаленным пунктам управления.
Настройка частотного преобразователя и программирование контроллера.
Пробный пуск и корректировка.

Шкафы на базе частотных преобразователей можно проектировать как для управления группой насосов, так и для больших станций с несколькими десятками мощных агрегатов. За счет снижения затрат на обслуживание, ремонт, электроэнергию, оптимизации управления, шкафы на базе частотных преобразователей дают хороший экономический эффект. Средний срок их окупаемости составляет 2 года.

В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В данном частотном приводе (ЧП) я использую интеллектуальный силовой модуль компании International Rectifier, а конкретно IRAMS10UP60B (на AliExpress), единственное, что с ним сделал, это перегнул ножки, так что, по сути, модуль получился IRAMS10UP60B-2. Выбор на данный модуль пал преимущественно из-за встроенного драйвера. Главной особенностью встроенного драйвера является возможность использования 3 ШИМ вместо 6 ШИМ каналов. Кроме того цена на данный модуль на eBay около 270 рублей. В качестве управляющего контроллера использую ATmega48.

Разрабатывая данный привод я делал упор на эффективность конструкции, минимальную себестоимость, наличие необходимых защит, гибкость конструкции. В результате получился частотный привод со следующими характеристиками (функциями):

На данный момент защита от сверх тока или кз не реализованы (считаю нет смысла, хотя, свободную ногу в МК с прерыванием по изменению оставил)

Собственно, схема данного девайса :

Проект в layout

Ниже фото того, что у меня получилось

Печатная плата данного девайса (доступна в lay под утюг)

На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный (не имеет панельки расположен слева). Второй для теста atmega 48 перед отправкой (расположен справа).

На данном фото тот самый irams (делал с запасом, должен поместится iramx16up60b )

Алгоритм работы устройства

Изначально МК (микроконтроллер) является настроенным на работу с электродвигателем номинальным напряжением 220 В при частоте вращающего поля 50Гц (т.е. обычный асинхронник, на котором написано 220 в 50 Гц). Скорость набора частоты установлена на уровне 15 Гц/сек.(т.е. разгон до 50 гц займет чуть более 3 сек., до 150 Гц-10 сек ). Вольт добавка установлена на уровне 10 %, длительность намагничивания 1 сек. (постоянная величина неизменна ), длительность торможения постоянным током 1 сек. (постоянная величина неизменна). Следует отметить ,что напряжение при намагничивании, как и при торможении, является напряжением вольт добавки и меняется одновременно. К слову, преобразователь частоты является скалярным, т.е. с ростом выходной частоты увеличивается выходное напряжение.

После подачи питания происходит заряд емкости dc звена. Как только напряжение достигает 220В (постоянное ) с определенной задержкой включается реле предзаряда и загорается единственный у меня светодиод L1. С этого момента привод готов к запуску. Для управления частотником имеется 6 входов:

Вкл (если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5 Гц)
Вкл+реверс(если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5 Гц, но в другую сторону)
1 фиксированная частота (задается R1)
2 фиксированная частота (задается R2)
3 фиксированная частота (задается R3)
4 фиксированная частота (задается R4)

В этом управлении есть одно Но. Если в процессе вращения двигателя менять задание на резисторе, то оно изменится лишь после повторной подачи команды (вкл.) или (вкл+реверс.). Иначе говоря, данные с резисторов читаются пока отсутствуют эти два сигнала. Если планируется регулировать скорость с помощью резистора в процессе работы, то необходимо установить джампер J1.В этом режиме активен лишь первый резистор, причем резистор R4 ограничивает максимальную частоту, то есть если его выставить на 50% (2.5 вольта 4 "штырь". на фото ниже 5 земля), то частота R1 будет регулироваться резистором от 5 до 100 Гц.

Для задании частоты вращение нужно учитывать, что 5v на входе в МК соответствует 200 Гц., 1v-40 Гц, 1.25v-50 Гц и т.д. Для измерения напряжение предусмотрены контакты 1-5, где 1-4 соответствуют номерам резисторов, 5- общий минус(на фото ниже). Резистор R5 служит для подстройки масштабирования напряжения DC звена 1 в -100 в (на схеме R30).

Особенности настройки

Настройка привода перед первым включением сводится к проверке монтажа электронных компонентов и настройки делителя напряжения для DC звена (R2).

100 Вольтам DC звена должно соответствовать 1 вольт на 23 (ножке МК)- это ВАЖНО. На этом настройка завершена.

Перед подачей сетевого напряжения необходимо промыть плату (удалить остатки канифоли) со стороны пайки растворителем или спиртом, желательно покрыть лаком.

Привод имеет "заводские " настройки, которые подходят как для двигателя с напряжением 220 В и частотой 50 Гц), так и для двигателя с напряжением 380 в и частотой 50 гц. Данные настройки всегда можно установить если вы не решаетесь сами настраивать привод. Для того чтобы установить "заводские " настройки для двигателя (220 в 50 Гц) :

Включить привод
Дождаться готовности (если подано питание только на МК , просто подождать 2-3 секунды)
Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод L1 не начнет мигать, отпустить кнопку В1
Подать команду выбора 1 скорости. Как только светодиод перестанет мигать, убрать команду
Привод настроен . В зависимости от того . светодиод горел (если не горел, то привод ожидает напряжения на DC звене).

При такой настройке автоматически в записываются следующие параметры:

Номинальная частота двигателя при 220 В - 50 Гц
Вольт добавка (напряжение намагничивания, торможения ) - 10%
Интенсивность разгона 15 Гц./сек
Интенсивность торможения 15 Гц./сек

Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры (разница лишь в частоте):

Номинальная частота двигателя при 220 В- 30 Гц
Вольт добавка (Напряжение намагничивания, торможения ) 10%
Интенсивность разгона 15 Гц./сек
Интенсивность торможения 15 Гц./сек

Наконец, третий вариант Настройки:

Нажать на кнопку В1 и держать
Дождаться, когда светодиод начнет мигать
Отпустить кнопку В1
Не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости
Задать параметры подстроечными резисторами
Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать

Таким образом, до тех пор, пока светодиод мигает, привод находится в режиме настройки. В этом режиме при подаче входа 1-ой или 2-ой скорости в EEPROM записываются параметры. Если не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости, то фиксированные параметры в EEPROM не запишутся, а будут задаваться подстроечными резисторами.

Резистор задает номинальную частоту двигателя при 220 В ( Так, например, если на двигателе написано 200 Гц /220 то резистор нужно выкрутить на максимум; если написано 100 Гц/ 220 в нужно добиться 2.5 Вольта на 1-ом контакте. (1 Вольт на первом контакте соответствует 40 Гц); если на двигателе написано 50 Гц/400 В то нужно выставить 27 Гц/0,68 В (например:(50/400)*220=27 Гц )так, как нам необходимо знать частоту двигателя при 220В питания двигателя. Диапазон изменения параметра 25 Гц - 200 Гц.(1 Вольту на контакте 1-ом соответствует 40 Гц)
Резистор отвечает за вольт добавку. 1 Вольт на 2-ом контакте соответствует 4% напряжения вольт добавки (мое мнение выбрать на уровне 10% то есть 2.5 вольта повышать с осторожностью) Диапазон настройки 0-20% от напряжения сети (1 Вольту на контакте 2-ом соответствует 4%)
Интенсивность разгона 1 В соответствует 10 Гц/сек (на мой взгляд оптимально 15 -25 Гц/сек) Диапазон настройки 5 Гц/сек - 50 Гц/сек. (1 вольту на контакте 3-ом соответствует 10 Гц/сек)
Интенсивность торможения 1 В соответствует 10 Гц/сек (на мой взгляд оптимально 10 -15 Гц/сек) Диапазон настройки 5 Гц/сек - 50 Гц/сек. (1 вольту на контакте 4-ом соответствует 10 Гц/сек)

После того, как все резисторы выставлены нажимаем и держим кнопку В1 до тех пор пока светодиод не перестанет мигать. Если светодиод моргал и загорелся, то привод готов к запуску.Если светодиод моргал и НЕ загорелся, то ждем 5 секунд, и только потом отключаем питание от контроллера.

Ниже представлена вольт-частотная характеристика устройства для двигателя 220 в 50 Гц с вольт добавкой в 10 % .

Uмах- максимальное напряжение, которое способен выдать преобразователь
Uв.д.- напряжение вольт добавки в процентах от напряжении сети
Fн.д.- номинальная частота вращения двигателя при 220 В . ВАЖНО
Fmax- максимальная выходная частота преобразователя.

Еще один пример настройки

Предположим, у вас имеется двигатель, на котором указана номинальная частота 50 Гц , номинальное напряжение 80 В, Чтобы узнать какая будет номинальная частота при 220 В необходимо: 220 В разделить на номинальное напряжение и умножить на номинальную частоту (220/80*50=137 Гц). Таким образом, мы получим,что напряжение на 1 контакте (резисторе) нужно выставить 137/40=3,45 В.

Симуляция в протеусе разгон 0-50 Гц одной фазы (на 3-х фазах зависает комп )

Как видно из скриншота с ростом частоты увеличивается амплитуда синуса. Разгон занимает примерно 3.1 сек.

По поводу питания

Рекомендую использовать трансформатор, так как это самый надежный вариант. На моих тестовых платах нет диодных мостов и стабилизатора для igbt модуля 7812. Для скачивания доступны две печатные платы. Первая та которая представлена в обзоре. Вторая имеет незначительные изменения, добавлен диодный мостик и стабилизатор. Защитный диод ставить обязательно P6KE18A или 1.5KE18A ставить обязательно.

Пример размещения трансформатора, как оказалось найти совсем нетрудно.

Какой двигатель можно подключить к данному преобразователю частоты?

Все зависит от модуля. В принципе можно подключить любой, главное, чтобы его сопротивление для модуля irams10up60 было более 9 Ом. Нужно учесть, что модуль irams10up60 рассчитан на маленький импульсный ток и имеет встроенную защиту на уровне 15 А Этого очень мало. Но для двигателей 50 Гц 220 В 750 Вт, этого за глаза. Если у вас высокооборотистый шпиндель, то скорее всего он имеет маленькое сопротивление обмоток. Данный модуль может пробьет импульсным током. При использовании модуля IRAMX16UP60B (ножки придется загнуть самостоятельно) мощность двигателя по даташиту возрастает с 0.75 до 2.2 кВт.

Главное у данного модуля: ток короткого замыкания 140 А против 47 А, защита настроена на уровне 25 А. Какой модуль использовать решать вам. Нужно помнить что на 1 кВт необходимо 1000 мкФ емкости dc звена.

По поводу защиты от КЗ. Если у привода сразу после выхода не ставить сглаживающий дроссель (ограничивает скорость нарастания тока) и коротнуть выход модуля, то модулю придет "хана". Если у вас модуль iramX, шансы есть. А вот с IRAMS шансов ноль, проверено.

Программа занимает 4096 кБ памяти из 4098. Все сжато и оптимизировано под размер программы по максимум. Время цикла есть фиксированная величина равная 10 мс.

На данный момент всё вышеописанное работает и испытано.

Если использовать кварц на 20 МГц, то привод получится 10-400 Гц; темп разгона 10-100 Гц/сек; частота ШИМа возрастет до 10кГц; время цикла упадет до 5мс.

Забегая вперед следующий частотный преобразователь будет реализован на ATmegа64, иметь разрядность ШИМ не 8, а 10 Бит, иметь дисплей и множество параметров.

Ниже смотрите видео настройки привода, проверки защиты перегрева, демонстрации работы (использую двигатель 380 В 50 Гц, а настройки для 220 В 50 Гц). Так сделал специально, чтобы проверить как работает ШИМ с минимальным заданием.)

Читайте также: