Для чего нужен частотный преобразователь для вентилятора
Как частотные преобразователи улучшают работу вентиляции
Заметно улучшить работу вентиляторов различного назначения, повысить их производительность и снизить издержки помогает автоматизация с помощью преобразователей частоты.
Принцип работы
Управление воздушным потоком без ПЧ в контуре осуществляется с помощью заслонок воздуховодов. Электровентиляторы работают с максимальной производительностью и постоянной скоростью, вне зависимости от того, какой объем воздуха требуется прокачать. Энергопотребление в такой системе будет одинаково высоким, а износ механизмов ускоренным.
Частотники позволяют наладить воздухообмен с наименьшими затратами, уменьшают износ оборудования и удлиняют сервисные интервалы. Они меняют характеристики частоты и/или напряжения питающего тока и мягко регулируют производительность электровентиляторов.
В схеме управления с ПЧ электродвигатель вентилятора нужно подключать через преобразователь. По сигналу датчиков давления и температуры прибор может изменять скорость вращения лопастей, плавно разгонять или останавливать вентилятор.
Таким образом, электродвигатель функционирует в щадящем режиме, а это существенно увеличивает его ресурс и исключает ударные нагрузки на электросеть. Оборудованию реже нужен ремонт, время простоя сокращается. Экономия электроэнергии составляет 20–40%, в зависимости от режима и условий работы.
Области применения
Современные частотники — это высокотехнологичные интеллектуальные приборы с микропроцессорным управлением. Благодаря многофункциональности их можно использовать во всех типах вентиляционных систем:
Общепромышленные частотные преобразователи «Веспер EI-7011» отлично подходят для любых вентиляторов 220, 380 В и различных типов вентиляций. Благодаря широкому диапазону мощностей и гибким настройкам, они могут управлять одновременно несколькими устройствами.
Преимущества и недостатки использования
Применение частотников для управления работой вентиляторов имеет много плюсов. Некоторые из них:
Из минусов — относительно высокая стоимость приобретения. Однако она быстро окупается за счет экономии электричества и снижения эксплуатационных расходов.
Также прибор необходимо предварительно настроить. Базовая настройка частотного преобразователя уже выполнена на заводе, а для монтажа и программирования режимов работы есть подробная инструкция. Если нет желания во всем разбираться, то подключение частотного преобразователя могут сделать специалисты «Веспер». Они обладают большим практическим опытом и проведут пусконаладочные работы профессионально и быстро.
Видео
В этом видеоролике вы увидите, какие преимущества дают ПЧ при интеграции их в систему воздушного охлаждения жидких и газообразных продуктов на объектах нефтегазового комплекса.
Зачем нужен частотный преобразователь для вентилятора
Частотные преобразователи необходимы для управления скоростью и моментами вращения электрических двигателей. Это позволяет управлять производительностью насосов, воздуходувок и вентиляторов. При использовании преобразователя двигатель запускается плавно и не производит резких пусковых ударов, что значительно уменьшает нагрузку на сеть и увеличивает срок службы механизмов.
Если использовать частотный преобразователь для вентилятора в совокупности с асинхронными двигателями, мотор будет постепенно менять скорость двигателей. Данный прибор действует по следующему принципу. Диоды выпрямления выравнивают напряжение переменного типа, после чего оно фильтруется через батарею конденсаторов, обладающих значительным емкостным ресурсом. Это позволяет минимизировать пульсацию выданного напряжения.
Напряжение передается схеме мостового типа, включающей транзисторы MOSFET или IGBT. Благодаря тому, что диоды не включаются параллельно, транзистор защищен от пробивания напряжением обратной полярности во время взаимодействия с обмотками устройства. В некоторых случаях схема может содержать цепь рассеивания. Она применяется во время торможения для гашения напряжения, вырабатываемого механизмом. Это позволяет избежать проблем при перезарядке конденсаторов.
Преимущества использования частотного преобразователя для вентилятора:
• Возможность эффективного использования на промышленных объектах;
• Повышение мощности вентиляции с увеличением температуры помещения;
• Экономия электричества до 50%;
• Предотвращение перегрева устройства;
• Приемлемый режим работы механизма на всем частотном диапазоне;
• Мягкий запуск и остановка прибора.
При правильном использовании, частотный преобразователь может поддерживать постоянную производительность вентилятора даже при засорении фильтра или изменять ее по заданному графику. При этом значительно упрощается настройка вентиляционной системы и обеспечивается надежная защита вентилятора от поломки.Это позволяет минимизировать пульсацию выданного напряжения.
Частотный преобразователь для систем вентиляции
Вентиляция – одна из основных инженерных систем любого объекта. Функции вентиляционных систем – поддержание оптимального состава воздуха во всех помещениях объекта, удаление углекислого газа, а также вредных веществ, образующихся в процессе производства или жизнедеятельности.
Регулирование подачи воздуха в таких системах осуществляется шиберными заслонками или изменением угла лопастей вентиляторов. Такой способ имеет ряд недостатков, самым значительным из которых является высокое потребление электроэнергии. При изменении подачи воздуха, потребляемая системой электрическая мощность практически не меняется. Корме того, при проектировании мощность электродвигателей выбирают с большим запасом с учетом возрастающего пневмосопротивления при засоре воздушных фильтров. В результате система работает в режиме недозагрузки, при неизменном потреблении электричества.
Задачи, решаемые установкой частотных преобразователей.
Главные задачи при проектировании этих систем – обеспечение эффективного воздухообмена при наименьших затратах, согласование работы с режимами эксплуатации других инженерных систем здания. Использование частотно-регулируемого привода позволяет:
Примеры применения ПЧ в вентиляции различных типов
Преобразователи частоты можно использовать во всех типах вентиляционных систем
Особенности выбора частотных преобразователей для вентиляции
Кроме общих критериев выбора частотных преобразователей для вентиляционных систем (электрические характеристики, степень защиты и других), требуется учесть наличие:
При помощи частотных преобразователей можно автоматизировать вентиляционные системы по разности давления, температуре, влажности, расходу воздуха. Для промышленной вентиляции предусмотрены также алгоритмы автоматического управления по содержанию СО2, других газов и составу воздуха.
Основное преимущество ПЧ – снижение расходов на проектирование, монтаж, эксплуатацию вентиляции. Это достигается упрощением схемы управления, снижением энергопотребления, принципиальным изменением системы (отказом от элементов механического регулирования производительности). Кроме того, использование преобразователей частоты уменьшает износ оборудования и удлиняет промежутки между профилактическими и капитальными ремонтами.
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.
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».
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: