Що таке частотний привод (VFD)? Як це працює, типи та як вибрати правильний

Частотно-регульований привод (VFD) — це контролер двигуна, який змінює частоту та напругу, що подаються на асинхронний двигун змінного струму, тому двигун працює на швидкості та крутному моменті, необхідних для процесу, замість однієї фіксованої швидкості. Його також називають приводом змінного струму, інвертором, перетворювачем частоти, приводом із змінною швидкістю або приводом із регульованою частотою.

Більшість посібників зупиняються на теорії. Це продовжується до того, що покупці помиляються: розміри, регіональна сумісність напруги та частоти та розшифровка номерів моделей для шести брендів, які ми пропонуємо. Якщо ви вже знаєте свою сім’ю приводів і вам потрібна інформація про Siemens, прочитайте нашПовний посібник SINAMICS G120замість цього.

Що насправді робить частотний привод

Швидкість двигуна встановлюється частотою живлення, а не напругою:

n = 120 × f / p, де n — синхронна швидкість у об/хв, f — частота в Гц, а p — кількість полюсів.

Фактична швидкість при повному завантаженні на 2-5% нижча через ковзання. У таблиці також пояснюється, чому двигун із паспортною табличкою 50 Гц обертається приблизно на 20% швидше в мережі 60 Гц.

Окрім швидкості, VFD надає вам шість елементів керування:

1. Задане значення швидкості,тому продуктивність відповідає попиту замість дроселювання клапана чи заслінки.
2. пандуси,тому пляшки залишаються вертикально на конвеєрі, а стрічки перестають ковзати.
3. Контроль крутного моменту,утримання крутного моменту через коливання навантаження, а не відключення.
4. М'який старт,зменшення кидка струму до приблизно номінального, що подовжує термін служби контактора та коробки передач.
5. Гальмування і задній хід,контрольовані зупинки без механічного гальма.
6. Захист двигуна:перевищення струму, перевищення напруги, зниження напруги, перегріву, втрати фази та замикання на землю в одному пристрої.

VFD — це не пристрій плавного пуску, який лише керує пусковою рампою, а не сервопривод, який контролює положення, і не перетворювач фаз, який змінює кількість фаз, але не швидкість. Якщо ваша єдина скарга на високий пусковий струм, можливо, VFD вам взагалі не потрібен.

Як працює VFD? Три етапи всередині кожного приводу

1 етап: випрямляч.Шестиімпульсний діодний міст перетворює вхідний змінний струм на пульсуючий постійний.Наслідки вибору:шість передніх кінців імпульсу генерують 5-ту та 7-му гармоніки, тому, якщо потужність приводу становить велику частку потужності трансформатора, плануйте лінійний реактор, 12-імпульсний блок або активний передній кінець.

Етап 2: шина постійного струму.Конденсатори та дросель згладжують і накопичують цю енергію, а вхідна напруга 400 В дає приблизно 565 В постійного струму.Наслідки вибору:через цей фіксований коефіцієнт диски продаються в класах напруги і чому блок на 400 В ніколи не повинен живитися від 480 В. Шина залишається зарядженою після вимкнення живлення, тому ніхто не відкриває кришку протягом 5-10 хвилин.

Етап 3: інвертор.IGBT перемикають шину постійного струму тисячі разів на секунду, а широтно-імпульсна модуляція формує ці імпульси в струм, який поводиться як синусоїда на будь-якій заданій частоті. Напруга зростає з частотою, щоб підтримувати постійне співвідношення В/Гц, тому привод знижує напругу на низькій швидкості для захисту крутного моменту.Наслідки вибору:Підвищення несучої частоти знижує шум двигуна, але збільшує втрати приводу (часто примушуючи до зниження номінальних характеристик) і погіршує dV/dt навантаження на кабелі та підшипники.

Що змінилося до 2026 року:Пристрої з карбіду кремнію в компактних корпусах, вбудовані фільтри електромагнітної сумісності, промисловий Ethernet (PROFINET, EtherCAT і EtherNet/IP) у стандартній комплектації та функціональна безпека STO у більшості нових серій.

Типи VFD та методи керування

За топологією інвертори джерела напруги (VSI) — це те, що ви купуєте в 95% випадків. Інвертори джерел струму (CSI) з'являються в окремих установках великої потужності і рідко зустрічаються на ринку запчастин. Пряме керування крутним моментом (DTC) — це спеціальна реалізація постачальника з дуже швидкою реакцією на крутний момент. Як покупець ви рідко обираєте топологію; ви обираєте спосіб керування.

Правило судження: якщо ваш вантаж не піднімається, не намотується чи не позиціонується, вектор без датчиків охоплює приблизно 90% випадків. Один диск зазвичай підтримує кілька режимів, тому ця таблиця визначає, яку серію ви купуєте. Все, що наведено нижче, стосується низьковольтних приводів (до 1000 В), на які і відбувається майже вся закупівля запчастин.

Чи справді вам потрібен VFD?

Чотири запитання перед тим, як купити: чи потребує процес різної швидкості під час роботи (якщо ні, VFD — це неправильний інструмент), чи потрібне точне позиціонування (якщо так, подивіться на сервоприводи), чи є єдиною проблемою високий пусковий струм (пристрій плавного пуску дешевший) і чи є навантаження змінним чи постійним крутним моментом (це вирішує рейтинг).

Коли VFD є неправильною відповіддю:двигун з повним навантаженням і постійною швидкістю цілий рік (окупність може перевищити термін служби обладнання), дуже часті цикли запуску та зупинки, довгі кабелі без місця для фільтрації, небезпечні зони, де додаткова сертифікація переважує переваги, і двигуни з самоохолодженням, що працюють нижче половинної швидкості. Якщо ви потрапили в будь-який із цих випадків, повідомте нам обов’язок перед замовленням, оскільки ми можемо сказати вам не купувати диск.

Напруга, частота та регіональна сумісність

50 Гц проти 60 Гц: що змінюється, а що ні

Відокремте привід від двигуна.

Вхідна сторона:більшість накопичувачів приймають 50 або 60 Гц, тому це рідко виникає проблема.Вихідна сторона:привод синтезує власну вихідну частоту, тому ваша мережа не обмежує його.Сторона двигуна:тут все ламається. Двигун із частотою 50 Гц, який працює на частоті 60 Гц, обертається на 20% швидше, і якщо напруга не підвищується разом із ним, потік слабшає, а крутний момент падає. Двигун з частотою 60 Гц, який живиться напругою 60 Гц при 50 Гц, насичується і перегрівається. З цієї причини існують двигуни з подвійною табличкою (400 В/50 Гц і 460 В/60 Гц). Для відцентрових насосів і вентиляторів 20% більша швидкість також означає приблизно в 1,7 рази більшу потужність на валу, достатню для перевантаження справного двигуна.

Глобальні класи напруги

Слідують три правила. Клас від 380 до 480 В охоплює більшість експортних ринків. Ніколи не живіть блок напругою 400 В від мережі 480 В, тому що цифри виглядають близько. Там, де напруга в електромережі падає або коливається, що є поширеним у деяких частинах Південної Азії, Африки та Близького Сходу, перед замовленням перевірте поріг спрацьовування при зниженні напруги.

З однофазним -живленням у вас є три шляхи: спеціальна однофазна вхідна модель (зазвичай 2,2 кВт і менше), трифазна модель, яка живиться від однієї фази зі значним зниженням номінальних характеристик (перевірте посібник цієї моделі, а не загальний відсоток) або фазовий перетворювач, якщо вам не потрібен контроль швидкості.

Сертифікація за ринком

Регламент ЄС про екодизайн 2019/1781 також підштовхує сторону двигуна до IE3 і вище, що впливає на те, що ви імпортуєте разом із приводом. Документи важливіші за претензії, тому запитуйте їх у будь-якого постачальника, включно з нами. Дивіться нашсторінка про нас.

Як визначити розмір і вибрати VFD: робочий аркуш із семи кроків

Крок 1: Визначте тип навантаження.Змінний крутний момент стосується відцентрових насосів, вентиляторів і повітродувок, де застосовуються закони спорідненості: 50% швидкості дає 50% витрати, 25% напору та приблизно 12,5% потужності на валу. Постійний крутний момент охоплює конвеєри, екструдери, об’ємні насоси та компресори; постійна потужність охоплює моталки та шпинделі. Привід зі змінним крутним моментом вимикатиметься через перевантаження по струму, починаючи з навантаженням із постійним крутним моментом.

Крок 2: розмір за струмом повного навантаження двигуна, а не кВт або к.с.Два двигуни однакової номінальної потужності можуть відрізнятися від 10% до 20% за струмом повного навантаження залежно від полюсів, класу ефективності та напруги. Скопіюйте шість полів паспортної таблички: номінальна напруга, номінальна частота, струм повного навантаження, номінальна потужність, полюси або номінальна кількість обертів на хвилину та підключення. Номінальний вихідний струм-приводу має бути рівним або більшим за FLA двигуна.

Крок 3. Перевірте рейтинг і тривалість перевантаження.Типові показники: 110%/60 с (змінний крутний момент) і 150%/60 с (постійний крутний момент). Для екструдерів, завантажених конвеєрів і об’ємних насосів часто потрібна одна рама більше. Завжди запитуйте, до якого рейтингу відноситься вказаний струм, тому що одна і та ж модель відображається з двома значеннями струму в різних документах.

Крок 4: Застосуйте зниження номіналу.При температурі навколишнього середовища вище 40 градусів очікуйте приблизно від 1% до 2% зниження струму на градус, а на висоті вище 1000 м над рівнем моря приблизно 1% на 100 м. Вища несуча частота ще більше знижує, і точні нахили виходять із кривої зниження цієї моделі. Польова примітка: температура панелі зазвичай на 10–15 градусів вище температури майстерні.

Крок 5: Виберіть рейтинг корпусу.IP20 або IP21 всередині шафи (приблизно NEMA 1) і IP54 або IP66 для польового монтажу (приблизно NEMA 12 і 4X), пам’ятаючи, що герметичні корпуси погано розсіюють тепло і часто потребують подальшого зниження номінальних характеристик.

Крок 6: Перевірте сумісність двигуна та кабелю.Існуючі двигуни класу 400 В з короткими кабелями зазвичай працюють нормально. У класі 480 В або з довгими кабелями напруга ізоляції різко зростає, і інверторні двигуни NEMA MG1 Part 31 безпечніші. Приблизно 30 м (100 футів) кабелю є порогом для оцінки фільтрації вихідного сигналу.

Крок 7: Зіставте комунікацію та безпеку.Siemens вказує на PROFINET, Rockwell — на EtherNet/IP, Beckhoff і Omron — на EtherCAT, а старіші системи — на Modbus RTU. Номери замовлення в одній серії відрізняються тут, тому перевірте та підтвердьте STO, чи є схема безпеки. нашPLC, HMI, іМодуль PLCсторони керування.

Приклад роботи: відцентровий насос потужністю 15 кВт при 400 В / 50 Гц

Припущення: 15 кВт, 4 полюси, 400 В / 50 Гц, заводська табличка FLA 29,5 A, шафа встановлена ​​під кутом 45 градусів, висота 800 м, потрібен Modbus RTU.

Навантаження є змінним крутним моментом, тому перевантаження 110%/60 с є достатнім, і необхідний струм починається з 29,5 А. Робота на 5 градусів вище 40 градусів додає приблизно від 5% до 10% зниження номіналу, приймаючи вимогу приблизно до 32-33 А; Висота 800 м не потребує корекції. Клас 400 В і короткий кабель роблять існуючий двигун прийнятним.

Специфікація: клас від 380 до 480 В, номінальний вихідний струм 33 А або більше, режим роботи зі змінним крутним моментом, IP20, Modbus RTU. Серед кандидатів Siemens SINAMICS G120 PM240-2 18.5 кВт, ABB ACS580-01 18.5 кВт і Mitsubishi FR-A800 18.5 кВт. Усі три збільшують один розмір потужності, що є нормальним після застосування зниження номінальних характеристик.

Надішліть нам ці шість полів іменної таблички плюс температуру навколишнього середовища, і ми надішлемо номер моделі та стан наявності протягом одного робочого дня.

Запитати цінову пропозицію

Як прочитати номер моделі VFD

Назви серій неможливо замовити. Одне сімейство Siemens G120 містить сотні номерів замовлення з різною напругою, номіналами, фільтрами та інтерфейсами, тому одна лише назва серії майже нічого не говорить вашому постачальнику.

• Siemens 6SL3210-1PE23-8UL0:6SL3 – це SINAMICS, 210 – тип силового модуля, PE – варіант рами та фільтра, 23-8 – номінальний показник. Трап: силовий блок і блок управління замовляються окремо, тому це не повний привід.
• ABB ACS580-01-033A-4:серія, тип конструкції (01=настінний), вихід 33 A, код напруги від 4=380 до 480 В. Пастка: струм, а не потужність, визначає модель.
• Mitsubishi FR-A840-00126-2-60:родина, клас напруги 840=400 В, потім код струму. Перехоплення: старіші серії FR використовували K для кВт, тому FR-E740-7.5K становить 7,5 кВт, інша логіка від того самого виробника.
• Omron 3G3MX2-A4022-V1:серія, A4=трифазний 400 В, 022=2.2 кВт, V1 версія. Перехоплення: суфікс версії визначає доступні функції.
• Schneider ATV630D18N4:Серія ATV630, D18=18.5 кВт, N4=380 до 480 В. Пастка: коди потужності та напруги розташовані поруч і змінюються.
• Аллен-Бредлі 25B-D030N104:25B=PowerFlex 525, D=480 V, 030=30 A. Перехоплення: цифри рами та корпусу визначають, чи підходить він до вашого вирізу.

Два поля, які найчастіше спричиняють невідповідність поставленого пристрою, – це клас напруги та код рами або корпусу, тому перевірте їх двічі. нашбібліотека моделейперелічує номери, які ми маємо на складі.

Реальні недоліки та способи їх усунення

Гармоніки.Шість імпульсних випрямлячів спотворюють струм живлення. Коли загальна потужність накопичувача перевищить приблизно 20% потужності трансформатора, перевірте відповідність обмеженням IEEE 519 і додайте лінійні реактори, дроселі постійного струму або активний передній кінець.

dV/dt і відбита хвиля.Понад 30 м кабелю двигуна подвоєння напруги на клемах двигуна пошкоджує ізоляцію обмотки, а системи 480 В більш чутливі, ніж 400 В. Установіть фільтр dU/dt, вихідний реактор або фільтр синусоїдальної хвилі.

Підшипникові струми.Більші корпуси, довгі кабелі та висока несуча частота підвищують напругу на валу та викликають рифлення. Кільце заземлення валу є недорогим виправленням; ізольовані підшипники коштують дорожче.

Охолодження двигуна на малих обертах.Двигун із самоохолодженням, який безперервно працює на швидкості нижче приблизно 50%, втрачає потік повітря, але все ще має струм. Встановіть примусову вентиляцію, використовуйте інверторний двигун або встановіть мінімальну частоту.

Нагрівання панелі та старіння конденсатора.Втрати приводу складають приблизно 2%-3% від номінальної потужності, тому привод потужністю 30 кВт додає до шафи від 600 до 900 Вт. Електролітичні конденсатори є деталями, що швидко зношуються, тому запчастини, які зберігалися більше року, слід періодично підключати для їх заміни.

оплата.Річна економія дорівнює зекономленим кВт-год, помноженим на ціну електроенергії, враховуючи витрати на привод, установку та фільтр. Насос із змінним крутним моментом при частковому навантаженні більшу частину року зазвичай окупається за один-три роки. Двигун з повним навантаженням і постійною швидкістю може ніколи не окупитися протягом свого терміну служби.

Де використовуються VFD

Купівля VFD: справжні, відремонтовані та застарілі серії

Шість перевірок перед оплатою: дані таблички збігаються з коробкою та пакувальним листом; серійний номер можна уточнити у виробника; прошивка і код дати відповідають заявленій партії; власник гарантії та тривалість у письмовій формі; упаковка та аксесуари повні; і надається звіт про тестування під час увімкнення живлення або відео.

Розподіл ризиків має більше значення, ніж етикетки. З новими оригінальними запасами виробник і дистриб’ютор несуть гарантію та ризик партії. З відремонтованими блоками торговельний посередник несе це, а витрати на час простою лягають на вас. З сірого ринку товар ніхто не возить. Цей контрольний список стосується будь-якого постачальника, включаючи CHENTUO.

Застарілі заміни:MICROMASTER 440 відповідає SINAMICS G120 або G120C, ACS550 — ACS580, FR-E700 — FR-E800, ATV31 — ATV320, PowerFlex 40 — PowerFlex 525. Це збіги на рівні серії, тому підтвердьте точну модель за поточними параметрами та параметрами та перевірте монтаж розміри, міграція параметрів і комунікаційні карти. Деякі моделі, зняті з виробництва, все ще доступні як оригінальні запаси, тому заміна — не єдиний шлях.

Слоти заводського виробництва часто тривають від 8 до 16 тижнів, тоді як запасні одиниці відправляються негайно, що є ризиком проекту, а не деталлю логістики. Тримайте запасний 1:1 для одноточкового критичного обладнання; для кількох двигунів в одному діапазоні напруги та потужності достатньо одного спільного запасного. Ми доставляємо абсолютно нові оригінальні продукти зі складу протягом 48 годин від дверей до дверей, з однорічною післяпродажною підтримкою та 30-денним вікном повернення.

FAQ

 

 

VFD – це те саме, що інвертор чи перетворювач частоти?

У повсякденному промисловому використанні, так. Одна справжня відмінність: перетворювач частоти іноді означає фіксований вихідний блок, який перетворює потужність 50 Гц у 60 Гц для живлення обладнання, яке не змінює швидкість двигуна. Підтвердьте, яке значення використовує ваш постачальник.

Чи може VFD запускати двигун з частотою 50 Гц на потужності 60 Гц або навпаки?

Так, оскільки привод генерує власну вихідну частоту та приймає будь-який вхідний сигнал. Межею є двигун, а не привід: крутний момент вище паспортної частоти падає, а на насосах і вентиляторах потужність навантаження різко зростає.

Чи може VFD перетворити однофазне живлення на трифазне?

Так, він може керувати трифазним двигуном від однофазного входу, як правило, зі зниженням номінальних характеристик, якщо ви не придбаєте спеціальну однофазну модель. Його вихід не є трифазним живленням загального призначення.

Як далеко двигун може знаходитися від VFD?

Приблизно 30 м (100 футів) екранованого кабелю двигуна є загальним порогом. Крім того, відбита хвиля впливає на ізоляцію двигуна, тому вкажіть вихідний реактор або фільтр dU/dt. 480 Системи V досягають цієї межі раніше, ніж системи 400 В.

Який клас напруги VFD мені потрібен для живлення 380 В, 415 В або 440 В?

Усі три знаходяться в трифазному класі від 380 до 480 В, найбільш поширеному експортному класі. Підтвердьте вхідний допуск моделі та поріг спрацьовування за низькою напругою, якщо ваша мережа коливається.

Чим замінити знятий з виробництва MICROMASTER 440 або ACS550?

SINAMICS G120 або G120C і ACS580 відповідно. Обидва збігаються на рівні серії, тому перевірте поточний рейтинг, розмір кадру та параметри зв’язку. Перевіртебібліотека моделейдля наявності самої оригінальної моделі.

Отримайте відповідний VFD для свого застосування

Якщо у вас є паспортна табличка, надішліть нам шість полів, і ми повідомимо модель і стан запасу. Якщо ви знаєте марку, але не знаєте серію, скористайтеся наведеною вище таблицею методів контролю. Якщо ви замінюєте пристрій, який знято з виробництва, спочатку знайдіть бібліотеку моделей.

Запитати цінову пропозицію · Перегляньте VFD на складі

Нові оригінальні товари. В наявності, відправка протягом 48 годин. Підтримка через рік після продажу.

Безкоштовна консультація