Преобразователи частоты предназначены для регулировки частоты вращения и момента на валу асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь частоты - это прибор, предназначенный для преобразования переменного напряжения одной частоты (обычно частоты питающей сети) в переменное напряжение другой частоты. Выходная частота в современных инверторах может быть как ниже, так и выше частоты питающей сети.

Изменение частоты питающего напряжения пропорционально меняет скорость вращения двигателя. Снижение частоты статора ниже номинального при неизменном напряжении приводит к снижению индуктивного сопротивления статора и цепи намагничивания. В результате увеличится ток намагничивания и потери в статоре. Для того что бы избежать перегрев обмотки статора необходимо одновременно при снижении частоты статора снижать напряжение, поддерживая ток намагничивания неизменным.

При работе во второй зоне регулирования частота статора становится выше номинальной, при этом увеличение напряжения выше номинального недопустимо, из-за повышенного старения изоляции и вероятности пробоя. Как следствие работа во второй зоне характеризуется снижением тока намагничивания и момента критического.

Рисунок 2.4.1 – Силовая часть преобразователя частоты

Для частотного регулирования скорости АД наибольшее распространение получил автономный инвертор напряжения (АИН). Он состоит непосредственно из мостового трехфазного инвертора, звена постоянного тока и сетевого выпрямителя.

Выпрямитель преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное, осуществляя питание конденсаторов звена постоянного тока. Конденсаторы звена постоянного тока позволяют сгладить форму напряжения выпрямителя.

Тормозной модуль может применяться при значительных моментах инерции управляемых механизмов и отсутствии возможности рекуперации энергии увыпрямителя. Этот модуль гасит энергию торможения на тормозном сопротивлении.

Инвертор служит для преобразования постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение. Работа автономного инвертора основана на широтно-импульсной модуляции.

Рисунок 2.4.2 – Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-widthmodulation (PWM)) — управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения ширины импульсов. При этом период следования импульсов неизменный. Преимущество ШИМ заключается в возможности работы полупроводниковых приборов в ключевом режиме. Этот режим характеризуется наименьшими потерями мощности. С помощью ШИМ при достаточной частоте коммутации можно получить сигнал любой формы. Как правило, для преобразователей частоты частота коммутации электронных ключей составляет 4кГц.

Настройка преобразователя осуществляется с помощью параметров. Доступ к параметрам можно получить как с панели оператора, так и с программатора.

В параметрах используются четырехзначные числа в диапазоне 0000 до 9999. Цифры с префиксом “r” означают, что это параметр предназначен толькодля чтения, т.е. для отображения определенного значения без возможности его изменения напрямую на различные значения.

Все остальные параметры имеют префикс “P”. Значения этих параметров могут быть напрямую изменены в диапазоне от минимального значения до максимального, указанных в заголовке параметра.

Индекс указывает на то, что этот параметр индексированный и указывает число доступных индексов. В преобразователе, например, может использоваться несколько наборов данных команд или привода. Для каждого набора данных в определённых параметрах предусмотрен индекс.

Определенные имена параметров включают следующие аббревиатуры: BI, BO, CI и CO.

BI –Binector вход, т.е. параметр выбирает источник бинарного сигнала;

BO – Binector выход, т.е. параметр подключается как бинарный сигнал;

CI – Connector вход, т.е. параметр выбирает источник аналогового сигнала;

CO – Connector выход, т.е. параметр подключается как аналоговый сигнал;

Для того, чтобы использовать BICO необходимо иметь доступ ко всем параметрам. Наэтомуровне доступно множество новых параметров, включаю BICO функциональность.

BICO функциональность – это различные более гибкие способы настроек и соединения функций входов и выходов.

BICO система позволяет программировать множество функций. Логические, математические взаимосвязи могут быть установлены между входами (цифровым, аналоговым, и т.д.) и выходами (током преобразователя, частотой, аналоговым выходом, реле и т.д.).

Для управления, оптимизации, диагностики и ввода в эксплуатацию преобразователя непосредственно с PC, если на нем установлено соответствующее ПО для ввода в эксплуатацию STARTER версии от V4.3.

Система защиты

Все основные защиты привода выполнены в самом преобразователе частоты. Внешними аппаратами защиты являются автоматические выключатели. Подачу напряжения на силовую схему осуществляет QF1, он также обеспечивает максимально-токовую защиту в случае короткого замыкания в самом преобразователе. Автоматы QF2, QF3 питают и защищают гидротолкатели. В цепях управления установлены автоматы SF1 и SF2.

2.5.1 Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя в линии с двумя двигателями определяется:

                                                                 (2.5.1)

Выбираем трёхполюсный автоматический выключатель QF1 фирмы SchneiderElectric C60H с расцепителем С-типа на ток 160А.

Номинальный ток гидротолкателей типа ТЭ50 равен 0,45А.

2.5.2 Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя в линии с одним двигателем определяется:

                                                                 (2.5.2)

Выбираем трёхполюсные автоматические выключатели QF2 и QF3 фирмы SchneiderElectric C60H с расцепителем С-типа на ток 1А.

Типовой блок питания для цепей управления и питания модулей управления преобразователей SITOP 24VDC/10A на номинальный ток 10А.

Выбираем двухполюсный автоматический выключатель SF1 фирмы SchneiderElectric C60H с расцепителем С-типа на ток 10А.

2.5.3 Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя питания цепей управления:

                                                                           (2.5.3)

где I _Σ – суммарный ток всех потребителей, А.

                                                                   (2.5.4)

где I_CU – потребляемый ток модуля управления CU240S, А;

I _реле – потребляемый ток катушкой реле, А.

Номинальный ток модуля управления CU240Sравен 0,5А. Номинальный ток катушки реле равен 0,1А.

Для питания цепей управления выбираем однополюсный автоматический выключатель SF2 фирмы SchneiderElectric C60H с расцепителем С-типа на ток 2А.

Защиты в SINAMICSG120:

1. Перегрузка двигателя по току (ошибка F0001).

Ограничивается максимальным током преобразователя или до 400% от номинального тока двигателя (Р0305), наименьшим из этих значений. При этом следует учесть, что скорость двигателя не снизилась ниже допустимого предела, определённого в параметре Р2175.

Время срабатывания защиты определяется:

- 1,5I_НОМ (т.е. перегрузка 150 %) в течение 57 сек при цикле в 300 сек.

- 2I_НОМ (т.е. перегрузка 200 %) в течение 3 сек при цикле в 300 сек

Регулятор максимального тока не допускает перегрузок двигателя и преобразователя, ограничивая выходной ток.

Рекомендуемая производителем настройка перегрузки производится в параметре Р640 (коэффициент перегрузки двигателя) и равна 150%.

2. Двигатель заблокирован (ошибка F7900).

Двигатель работает дольше чем время, заданное в параметре Р2177 у границы крутящего момента и ниже установленного порога скорости, заданного в параметре Р2175. Это сообщение может также вызываться, если истинное значение скорости колеблется и выход регулятора скорости снова и снова кратковременно выходит на ограничение.

3. Перенапряжение (ошибка F0002).

Двигатель вырабатывает слишком большое количество генераторной энергии или напряжение подключения к сети слишком велико.

Регулятор V_DCmax не допускает – насколько это возможно с технологической точки зрения – критического увеличения напряжения промежуточного контура. Большие моменты инерций требуют более длительного времени торможения, иначе перенапряжение на звене постоянного тока неизбежно. Силовой модуль PM240 позволяет избыточную энергию при торможении или спуске груза погасить на внешнем тормозном резисторе, где происходит её преобразование в тепло. Выпадение одной из фаз сети (F0020).

Данная ошибка возникает в случае, когда пропадает одна из трех фаз питающей сети, а импульсы разрешены и привод нагружен.

4. Ошибка выходной фазы (F0023).

Возникает, когда одна выходная фаза отключена. Причиной может быть обрыв фазы самого двигателя или повреждение кабельной линии.