Выбор преобразователя частоты для применения в системе вентиляции
Использование преобразователя частоты в системе вентиляции позволяет снизить шумность, продлить срок службы вентилятора и электродвигателя и получить заметную экономию электроэнергии.
Общие принципы выбора преобразователя частоты для двигателя изложены в статье "Помощь при выбора преобразователя частоты".
Использование преобразователя частоты для применения с вентиляционным оборудовванием может иметь свои особенности, которые можно выделить, рассмотрев выбор преобразователя частоты на примере конкретного применения.
1. Определение параметров двигателя.
Для корректного выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором необходимо выяснить мощность, номинальный ток и напряжение электродвигателя вентилятора. Наиболее точно эти параметры можно узнать из паспорта или шильдика (таблички) двигателя.
Шильдик выглядит следующим образом:
Из шильдика следует, что двигатель трехфазный, его номинальное напряжение 380 В, его номинальный ток (Iн) 1,94 А и мощность 0,75 кВт.
Иногда определить параметры электродвигателя невозможно по причине повреждения или отсутствия шильдика. Теоретически, используя справочники, можно определить недостающие параметры, зная тип электродвигателя, его типоразмер и высоту вала. Но на практике отсутствие или повреждение шильдика часто свидетельствует о длительной эксплуатации электродвигателя и старении изоляции его обмоток. При последующей работе такого электродвигателя с преобразователем частоты, усталость изоляции обмоток может привести к быстрому выходу электродвигателя из строя. Поэтому многие производители преобразователей частоты рекомендуют применять преобразователи частоты только с новыми электродвигателями. Год выпуска также обычно указывается на шильдике электродвигателя.
2. Определение максимального тока преобразователя частоты
Каждая рабочая машина или механизм имеет свои значения перегрузки и пускового момента. Так, например, для обеспечения работы работы осевого вентилятора коэффициент запаса по пусковому моменту (Kз) равен 1,1. Это означает, что преобразователь частоты должен иметь возможность выдавать ток на 10% выше номинального тока электродвигателя.
Расчет максимального тока (Im) для преобразователя частоты на примере осевого вентилятора будет следующим:
Im=Kз*Iн=1,1*1,94=2,13 А.
Таким образом, преобразователь частоты должен обеспечивать максимальный ток не ниже 2,13 А.
В параметрах преобразователя частоты указывается номинальный ток (In) и значение перегрузочной способности, которая указывается в процентах от номинального тока. Например, для преобразователя частоты серии Danfoss FC-051 Micro Drive значение перегрузочной способности (Kp) равно 150%.
При выборе преобразователя частоты должны соблюдаться следующие правила:
а) Номинальный ток преобразователя частоты (In) должен быть не ниже номинального тока двигателя (Iн) вентилятора:
Iн ≤ In;
б) Максимальный ток преобразователя частоты (Imp) должен быть не ниже расчетного максимального тока:
Im ≤ Imp
Максимальный ток преобразователя частоты (Imp) можно рассчитать по следующей формуле:
Imp = (In / Kp)*100%.
3. Требования электромагнитной совместимости (ЭМС).
Преобразователь частоты является источником электромагнитных помех, которые могут негативно сказываться на работе электроустановок и электронных приборов. Для снижения негативного воздействия помех в преобразователе частоты могут устанавливаться входные фильтры ЭМС.
Существует классификация фильтров ЭМС, которая зависит от того, насколько хорошо фильтр сглаживает электромагнитные помехи. Например, для жилых помещений рекомендуется использовать фильтры A1 (категория размещения С2), а для промышленных предприятий - А2 (категория размещения С3). Фильтры более высокого класса, например А1, действуют эффективнее и могут также использоваться в помещениях категории С3, но при этом общая стоимость преобразователя частоты возрастет.
Для нашего примера будем считать, что вентилятор расположен в офисном помещении категории С2, потому необходим преобразователь частоты с фильтром ЭМС А1 или лучше.
4. Определение длины моторного кабеля.
Моторным кабелем называется кабель, которым соединяется преобразователь частоты и электродвигатель. Большинство производителей преобразователей частоты ограничивают длину моторного кабеля расстоянием 30-50 метров. Для увеличения длины моторного кабеля может потребоваться дополнительная установка дорогостоящих dU/dt фильтров или синус-фильтров.
При большой длине моторного кабеля можно использовать некоторые серии преобразователей частоты Danfoss или Vacon. Так, например, преобразователи частоты серии Vacon 100 FLOW могут эксплуатироваться с моторным кабелем длиной до 200 метров без применения специальных фильтров, а Danfoss FC-102 HVAC Drive до 300 метров.
Для нашего примера будем считать, что расстояние от преобразователя частоты до вентилятора не более 25 метров.
5. Определение режима торможения электродвигателя.
Большинство вентиляторов останавливают выбегом, поэтому наличие тормозного прерывателя с возможностью подключения дополнительного тормозного сопротивления не нужно. Исключения составляют некоторые дымососы и вентиляторы градирен, где в зависимости от требований технического процесса может потребоваться установка дополнительных тормозных сопротивлений из-за большой инерции вентилятора.
При выборе преобразователя частоты для нашего примера наличие дополнительных тормозных сопротивлений не нужно и наличие тормозного прерывателя не принципиально..
6. Степень защиты и окружающая среда.
Преобразователь частоты может быть установлен в специальном шкафу с высокой степенью защиты от воздействий окружающей среды — влаги и пыли. В этом случае можно выбрать преобразователь частоты со степенью защиты IP21 и ниже. Преобразователь частоты в исполнении IP21 можно также установить без шкафа непосредственно на стену в сухом и чистом помещении, но при вероятности появления пыли или повышенной влажности степень защиты преобразователя частоты при установке вне шкафа должна быть не менее IP54.
Для нашего примера будем считать, что преобразователь частоты будет смонтирован в шкафу. Исходя из этих условий, выбираем привод в исполнении IP20 или IP21.
7. Выбор способа управления преобразователем частоты.
Управление преобразователем частоты может осуществляться разными способами: со встроенной панели управления преобразователя частоты, кнопками на двери шкафа или на панели управления, по сетевому протоколу (при наличии такой возможности).
Также нужно определить, что будет выступать сигналом для регулирования скорости вращения внтилятора: аналоговый датчик давления, дискретный датчик давления, задание скорости вращения потенциометром или по сетевому протоколу.
Предположим, что управлять и задавать скорость преобразователю частоты будет удаленный контроллер через сетевой протокол Modbus RTU. В тоже время нужна возможность местного управления преобразователем частоты с панели оператора, вынесенной на дверь шкафа.
Также необходимо иметь удаленную сигнализацию аварийного режима.
Учитывая вышесказанное, необходимо чтобы у преобразователя частоты был порт RS485 и поддержка Modbus RTU, возможность выноса панели на дверь шкафа и сигнальное реле — для передачи сигнала «Авария».
8. Выбор типа преобразователя частоты - специализированный или универсальный?
Удобство применения универсальных преобразователей частоты может проявляться в хорошем знании обслуживающим персоналом принципов настройки и эксплуатации, унификации запасных частей и применимостью на разных типах механизмов (одна серия преобразователей частоты может использоваться например и на грузоподъемном оборудовании, и для примения с вентиляторами). Но эта особенность зачастую определяет более сложную конструкцию и наличие множества невостребованных функций.
Наличие большого количества прикладных функций у универсального преобразователя частоты является его преимуществом, но в тоже время для конкретного применения количество функций может быть минимальным. Например, универсальный преобразователь частоты может управлять вентилятороми иметь ПИД-регулятор для точного поддержания давления в трубе, но не иметь функции каскадного регулятора для управления несколькими вентиляторами.
Кроме того, универсальный преобразователь частоты зачастую дороже узкоспециализированного. Исключения составляют универсальные привода малой мощности, обычно до 15-22 кВт
Специализированный преобразователь частоты, в свою очередь, имеет очень ограниченные возможности применения (например, основными сферами применения Vacon 100 FLOW являются насосы, вентиляторы и компрессоры). Но, для «своих» применений у специализированного преобразователя частоты есть множество специальных функций. Например, для управления вентиляторами у специализированных преобразователей частоты есть функции спящего режима, каскадного регулирования для вентиляторов, пожарный режим, часы реального времени, функция попеременного управления вентиляторами для оптимальной наработки ресурса.
На нашем примере видно, что мощность двигателя мала — 0,75 кВт, а наличие специализированных функций не нужно.
В связи с этим предпочтительнее выбор универсального преобразователя частоты малой мощности.
9. Подведем итоги:
Для выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором нужна следующая информация:
- Параметры электродвигателя вентилятора;
- Тип внтилятора;
- Тип входного фильтра преобразователя частоты;
- Длина кабеля от вентилятора до преобразователя частоты;
- Степень защиты преобразователя частоты от воздействий окружающей среды;
- Способ управления преобразователем частоты;
- Необходимость использования специализированные функций.
Для нашего примера эти параметры будут такими:
Номинальный ток двигателя — 1,94 А;
Максимальный ток ПЧ (не ниже) — 2,13 А;
Входной фильтр — не хуже А1;
Длина моторного кабеля — 15 метров;
Тормозной прерыватель — не нужен;
Степень защиты корпуса ПЧ — IP20 или IP21;
Поддержка протокола Modbus RTU;
Возможность выноса панели на дверь шкафа;
Количество релейных выходов — 1;
Специальные функции не нужны.
Исходя из этого, выбираем преобразователь частоты
Danfoss серии FC-051 Micro Drive FC-051PK75T4E20H3XXCXXXSXXX, имеющий следующие характеристики:
Номинальный ток — 2,2 А;
Максимальный ток — 3,3 А;
Входной фильтр — A1;
Максимальная длина моторного кабеля — 50 метров;
Тормозной прерыватель — есть;
Степень защиты корпуса — IP20;
Поддержка протокола Modbus RTU – есть;
Возможность выноса панели на дверь шкафа — есть;
Количество релейных выходов — 1.
Преобразователи частоты Danfoss FC-051 Micro Drive не укомплектованы панелью оператора, поэтому её нужно заказывать отдельно. Существует два варианта панели оператора, отличающиеся наличием или отсутствием потенциометра на лицевой панели и степенью защиты от воздействий окружающей среды:
 |
 |
|
Панель оператора без потенциометра, степень защиты IP55 |
Панель оператора с потенциометром, степень защиты IP40 |
Для нашего случая попадание влаги на панель не ожидается, поэтому выбираем панель LCP12. 
Также нам нужен комплект для выноса панели на шкаф:
В состав этого комплекта уже входит кабель длиной 3 метра, поэтому никаких дополнительных аксессуаров больше не нужно.
Итоговый перечень нужного оборудования выглядит следующим образом:
1. Преобразователь частоты 3ф 0,75кВт (2,2А) FC-051 Micro Drive FC-051PK75T4E20H3XXCXXXSXXX — 1 шт.;
2. Панель оператора LCP 12 – 1 шт.;
3. Комплект для выноса панели оператора на шкаф с кабелем 3 м — 1 шт.
Для наглядности можно рассмотреть еще один пример выбора преобразователя частоты для применения с вентилятором:
Имеется радиальный вентилятор с двигателем 45 кВт, установленный в производственном помещении. Нужен преобразователь частоты, который будет установлен в шкафу на расстоянии 80 метров от вентилятора. Пуск и останов вентилятора будет осуществляться кнопками, на шкафу, вентилятор должен работать с тремя фиксированными скоростями, которые назначаются переключателем, также установленным на двери шкафа. Шильдик двигателя выглядит следующим образом:
Для выбора преобразователя частоты получаем следующие исходные данные:
- Двигатель асинхронный трехфазный АИР250S6 45 кВт, 980 об/мин, напряжение 380 В, рабочий ток 90,1 А;
- Вентилятор радиальный, коэффициент запаса по пусковому моменту 1,1, значит максимальный ток определяется по формуле:
Im = Kз*Iн = 1,1*90,1 = 99,11 А;
- Вентилятор установлен в промышленном помещении, значит нужен выходной фильтр класса не хуже A2;
- Длина моторного кабеля — 80 метров;
- Тормозной прерыватель — не нужен;
- Преобразователь частоты установлен в шкафу, значит степень защиты не ниже IP00 или IP20;
- Дискретные входы для управления кнопками и переключателями с двери шкафа (для запуска и останова — 2 шт, для назначения скоростей вращения — 3 шт) — итого 5 шт.;
- Специальные функции — не нужны.
Под данные требования подходит несколько преобразователей частоты, для примера выберем два разных типа:
| Характеристики |  |
 |
| Серия преобразователя частоты |
VACON 100 FLOW |
VLT FC-102 HVAC DRIVE |
|
Номинальный ток, А |
105 |
106 |
|
Максимальный ток, А |
115,5 |
116,6 |
|
Входной фильтр, класс |
А1 |
A2 |
|
Максимальная длина моторного кабеля, м |
200 |
300 |
|
Тормозной прерыватель |
нет |
нет |
|
Степень защиты корпуса |
IP21 |
IP20 |
|
Количество дискретных входов |
6 |
6 |
Для помощи в выборе преобразователя частоты, применяемого с вентилятором любого типа, можно отправить запрос в произвольной форме по адресу sales@agava-shop.ru или через форму быстрой заявки.