Частотные Преобразователи

Частотные преобразователи предназначены для управления и регулировки частоты вращения электродвигателей, выполняя задачи автоматизации для стабилизации и регулировки технологических парамеров: скорость перемещения, положение, стабилизация давление воздуха или воды. Наша компания поставляет надежные частотные преобразователи ведущих мировых производителей Mitsubishi Electric,  Lovato Electric, Combarco, Moeller, EuraDrives,  Hyundai, Lenze, Invertek Drives в минимальные сроки и цены

   Частотные преобразователи Mitsubishi Electric отличаются своей надежностью и японским качеством. Частотные преобразователи  FR-S540, FR-Е540, FR-D740, FR-A740, FR-F740, FR-F746 предназначены  зависимости от назначения (вид нагрузки)

 Частотные преобразователи Combarco CombiVario CV-7300EV,   CombiVario CV-7200MA,   CombiVario CV-7200GS     подходят для управления электродвигателями для любого технологического оборудования.

  Частотные преобразователи Lovato Electric - VFS11 и VFPS1   компактны, универсальны, надежны. 

  Частотные преобразователи Moeller - DF51/DF6 с U/f управлением , а  DF51/DF6 с векторным управлением,   обеспечивают высокую точность.

   Частотные преобразователи EuraDrives - Е1000   качественные и оптимальные по цене.  Применяются в энергосбережении и управления асинхронным электроприводом.

  Частотные преобразователи Hyundai - N  с векторным управлением, бессенсорного, обеспечивая широкие диапазоны частоты вращения и высокую точность, на низкое и среднее напряжение.

 Частотные преобразователи  Lenze  - 8200-vector, 9300 vector - предназначены для управления электродвигателями до 90 кВт, регулировки скорости и стабилизации технологических параметров. 

 Частотные преобразователи Invertek Drives - Optidrive Р2 –  преобразователей частоты для общепромышленного применения.

Применение частотных преобразователей для электропривода вентиляторов и насосов.

Регулирование   работы   вентиляторов и насосов связано с изменением их расхода. Как правило, расход вентилятора (насоса) регулируется с помощью трех видов устройств: дросселем, осевым направляющим аппаратом и изменением частоты вращения вала вентилятора.

     В диапазоне отношений минимального расхода вентилятора к  расчетному (глубине регулирования) от 1 до 0,95 допускается регулировать расход вентилятора дросселем. При более низких значениях глубины регулирования пользоваться дросселем неэкономично. Применение осевого направляющего аппарата целесообразно при глубине регулирования от 1 до 0,5.  Лучшие результаты дает изменение частоты вращения вала, все чаще применяемое на практике и энергоэкономичное при любой глубине регулирования. Кроме того, этот вид регулирования может быть полностью автоматизирован.

    Изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя, за счет изменения частоты электрического тока, наиболее эффективно. На практике, благодаря простоте технической реализации, применяется также параметрическое регулирование частоты вращения вала вентилятора изменением подводимого к двигателю напряжения при неизменной частоте  (50 Гц). Однако такой способ автоматического регулирования параметров вентилятора менее экономичен, чем классическое частотное регулирование.

 Скорость вентилятора (насоса) может  регулироваться путем изменения напряжения электропитания как ступенчато с помощью трансформаторов, так и плавно с помощью тиристорных регуляторов напряжения.

Однако, следует иметь в виду, что регулирование частоты вращения вентилятора путем изменения напряжения возможно лишь на двигателях с высоким сопротивлением ротора, так как обычные асинхронные двигатели не могут регулироваться таким способом. Причина заключается в том, что при уменьшении напряжения частота вращения вначале существенно не  изменяется, а при дальнейшем понижении резко падает. При регулировании частоты вращения изменением напряжения требуется использование термоконтактной защиты двигателя от перегрузок. Применение обычного реле перегрузки, контролирующего ток в двигателе, невозможно, так как при снижении напряжения есть вероятность превышения допустимой для номинального напряжения силы тока.

Кроме того, средства автоматики должны обеспечивать защиту, останавливающую работу вентилятора при закрытых приемных клапанах, так как в противном случае давление в кондиционере или приточной установке может оказаться больше предельно допустимого. С этой целью могут быть дополнительно установлены манометр с электроконтактом или предусмотрены специальные выключатели электропитания вентилятора.

     Автоматизированный электропривод вентилятора  осуществляет автоматическое управление подачей наружного приточного воздуха в зависимости от количества работающих установок или зон  и осуществляет компенсацию потерь давления при загрязнении фильтров, путем  изменения частоты вращения  вентилятора, стабилизируя давления в канале. Его разработка и применение приведет к оправданному экономическому эффекту, так как КПД вентилятора  при регулиро­вании  не  уменьшается, его ресурс возрастает, обработка наружного приточного воздуха  сведена к минимуму,  вследствии  чего потребление  электроэнергии минимальное.

Применение автоматизированного электропривода вентилятора в составе центрального кондиционера  связано с автоматическим поддержанием давления в канале распределительной сети, и стремлением оптимизировать технологический процесс по затратам электроэнергии.

    Регулируемый электропривод выполняет две техно­логические функции:

• преобразование электрической энергии в механическую, необходимую для осуществления данного технологического про­цесса; управление технологическим процессом: обеспечение производительности с заданной точ­ностью и минимальным расходом энергии;
• вторая функция автоматизированного электропривода все­цело связана с необходимостью регулирования величины, характе­ризующей движение электропривода (давления в канале). Выполнение этой функции возможно только посредством использования регулируемого электроприво­да. Использование для целей регулирования механических средств сегодня является технически и экономически неоправданным.

     Под регулируемым электроприводом вентилятора понимается электро­привод, обеспечивающий плавное ре­гулирование давления воздуха в канале на уровне 70 Па с необходимой точностью ±5%.

     Поскольку по своим электромеханическим свойствам элек­тродвигатели в естественной схеме включения в питающую сеть не могут обеспечить регулирование параметров движения элек­тропривода с нужным качеством, для создания регулируемого электропривода приходится преобразовывать электрическую энергию, подводимую к   двигателю. Преобра­зование электрической энергии осуществляется посредством по­лупроводниковых преобразователей.

    Регулируя параметры преобразованной электрической энер­гии (частоту, напряжение, форму и длительность импульсов) удается получить требуемые для регулируемого привода ме­ханические и динамические характеристики. Для управления параметрами (напряжение, частота и др.) полупроводниковых преобразователей, входящих в состав регулируемого электроприво­да, служат внутренние контуры автоматического регулирования это регуляторы тока, э.д.с, тока возбуждения и др. В этом смысле регулируемый электропривод всегда является автоматизированным, т.к. содержит средства автоматического управления, формирующие характеристики электропривода.

Целесообразный способ управления двигателем зависит от технических требований к системе электропривода. В электро­приводах с ограниченным диапазоном регулирования и отсутст­вием динамических режимов работы применяется частотно-параметрический способ, при котором регулируется частота и действующее значение выходного напряжения ГТЧН в соответст­вии с заданной скоростью.

В электроприводах с диапазоном регулирования до 100, к которым предъявляются высокие требования к динамическим режимам, применяется частотно-токовый способ, при котором регулируется частота и действующее значение выходного тока ПЧТ в зависимости от абсолютного скольжения двигателя при заданной скорости и действующей нагрузке.

В электроприводах с большим диапазоном регулирования скорости и высокими требованиями к динамическим характери­стикам применяется регулирование мгновенных значений трех­фазной системы питающих напряжений и токов с использовани­ем векторного принципа регулирования.

 Наиболее простыми системами частотного регулирования являются частотно-параметрические системы. Такие системы обеспечивают диапазон регулирования скорости до D=20:l при статизме 5-10%. Обычно это разомкнутые по скорости сис­темы частотного регулирования, у которых желаемое семейство механических характеристик асинхронного двигателя получается за счет формирования регулировочной характеристики преобра­зователя частоты - отношения величины напряжения, питающего двигатель, к частоте U_пч /f_пч .

    Преобразователи частоты предназначены для преобразования од­но- или трехфазного напряжения с постоянной частотой 50 Гц в трех­фазное напряжение переменной частотой в диапазоне от 0,2 до 400 Гц. Это свойство преобразователей частоты делает возможным их широкое применение для бесступенчатого регулирования скорости любых асин­хронных электродвигателей.

    Возможность частотного регулирования скорости асинхрон­ного двигателя – регулирование путем изменения частоты пи­тающего напряжения - вытекает из того обстоятельства, что ско­рость вращения электромагнитного поля статора пропорциональ­на частоте питающего напряжения. Следует также учесть, что поскольку с изменением частоты питающего напряжения изменяется и величина потока двигателя, то в большинстве случаев одновременно с    изменением    частоты    питающего напряжения необходимо регулировать и его амплитуду. Регулирование напряжения следует производить та­ким образом, чтобы скольжение двигателя было минимальным.

     Электроприводы с частотно-параметрическим регулирова­нием скорости применяются в технологических установках, рабо­тающих в продолжительном режиме с относительно медленным изменением скорости. Наиболее часто они применяются для ре­гулируемого привода насосов и вентиляторов.

   Выбор частотного преобразователя для электропривода вентилятора.

 Выбор   преобразователя осуществляем по номинальной мощности электродвигателя при условий, что номинальный ток преобразователя  не меньше номинального тока двигателя:

Рн = Рн дв.,      Iн ≥ Iн дв.

 МЕТОДИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

В связи с произ­водственной необходимостью при ведении технологичес­ких процессов изотопных исследований, а также для обеспечения ра­ботоспособности радиоэлектронного оборудования системой технологического кондици­онирования воздуха обеспечивается поддержание параметров воздушной среды, которые характеризуются следующими регулируемыми величинами: температурой, давлением, расходом, влажностью, концентрацией пыли.  Чтобы технологическое оборудование кондици­онирования воздуха работало в требуемом режиме, то есть с высоким КПД, с заданной производительностью, необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины, характеризующие процесс, в большинстве случаев постоянными. Эта важнейшая задача возложена на системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов. Их главная задача состоит в том, чтобы стабилизировать технологические параметры на заданном уровне. Этим занимаются системы автоматической стабилизации. В этих системах сигнал задания (уставка регулятора) остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации, задание которой изменяется от программного задатчика. В современных системах технологического кондици­онирования имеются десяти контуров регулирования, от качества работы которых во многом зависит качество воздуха. Поэтому для системы автоматического регулирования необходима достаточно высокая точность их работы (±1÷10%).

При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления.

В данном дипломном проекте ведется разработка автоматизированного электропривода вентилятора центрального кондиционера. Центральный кондиционер  рассчитан    на  определенную производительность L=8670м³/ч,  которую должен обеспечить вентилятор, представляющий собой механическое устройство, предназначенное для пе­ремещения воздуха по воздуховодам системы  технологического кондиционирования.

С  целью  обеспечения потребителей требуемым  расходом  воздуха, задача системы   управления сводится к обеспечению стабилизации давления  в  канале сети, с точностью ±5% от величины задания, при  изменении сопротивления распределительной  сети  воздуховодов (различные  режимы работы  потребителей, изменение состояния  фильтров кондиционера). По характеру протекания технологического процесса в системе кондици­онирования уровень давления воздуха в канале относится к непрерывному объекту управления. Стабилизация уровня давления воздуха в канале осуществляется регулированием скорости вращения вентилятора, следовательно по количеству входных и выходных величин объект управления,  является одномерным.

В основе построения системы автоматического управления лежат некоторые общие фунда­ментальные принципы управления, определяющие, каким образом осуществляется увязка алгоритмов функционирования и управления с фактическим функционированием или при­чинами, вызывающими отклонение функционирования от заданного. В настоящее время в технике известны и используют три фундаментальных принципа: разомкнутого управления, компенсации и обратной связи.

Для стабилизации уровня давления воздуха в канале с заданной точностью ±5%, необходимо применение  принципа обратной связи. Систему построим таким образом, чтобы точность выполнения алгоритма функционирования обеспечивалась и без изме­рения возмущений, в которой коррективы в алгоритм управле­ния вносятся по фактическому значению давления воздуха в канале. Для этой цели в конструкцию системы вводим дополнительную связь, в которую входит элемент измерения и выработки корректирующих воздействий на управляющее устройство. Схема имеет вид замкнутой цепи, что дает основание назвать осуществляемый в ней принцип принципом управления по замкнутому контуру. Так как направление передачи воздействий в дополни­тельной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект, введенную дополнительную цепь называем цепью обратной связи.

     Для того чтобы исследовать автоматическую систему управления необходимо располагать ее математическим описанием, то есть си­стемой дифференциальных уравнений, характеризующих зависимости координат системы от внешних воздействий и друг от друга. В частном случае, когда про­изводные по времени от координат равны нулю, эти уравнения обращаются в ал­гебраические, описывающие статику системы.

     Статические характеристики объекта управления устанавливают связь между установившимися значениями входа и выхода объекта, и в данном  случаи являются нелинейными. Система регулирования относиться к классу систем автоматической стабилизации режима  работы  объекта относительно его рабочей точки (заданный уровень давления). В этом случае в процессе работы отклонения переменных, относительно рабочей точки будут малы, что позволяет провести линеаризацию  модели объекта управления. Однако, при смене рабочей точки происходит изменение коэффициента усиления объекта, что будет негативно влиять на динамику замкнутой системы.                   
      Для системы автоматической стабилизации не обязательно определение полной статической характеристики объекта. Достаточно знать лишь динамический коэффициент усиления в окрестности рабочей точки. Полное описание объекта управления состоит из системы дифференциальных уравнений с частными производными. При использовании точечного метода измерения одним датчиком,  система дифференциальных уравнений с частными производными переходит в систему уравнений с обычными производными. Это существенно упрощает построение математической модели объекта, позволяя определить его передаточную функцию.

    В электроприводе вентилятора кондиционера из многих координат (напряжение преобразователя, ток двигателя, его момент и скорость),  является основной регулируемой координатой давление в канале, по которой осуществляется главная обратная связь. Силовая часть электропривода и управляющая часть в виде регулятора, на входе которого сравниваются предпи­санное и истинное значения регулируемой переменной, образуют контур регулирования одноконтурной системы. При использова­нии тиристорных или других быстродействующих преобразователей структура силовой части электропривода оказывается достаточно простой, что позволяет осуществить коррекцию контура.

     На практике реальные контуры регулирования могут быть сведены к простейшим контурам второго порядка, настройка которого осуществляется путем выбора по опре­деленным правилам параметров регулятора.

    Пред­положим, что преобразователь может быть описан апериодическим звеном с коэффициентом передачи kп и малой постоянной време­ни Тµ, таким образом тип регулятора, осуществляющий настройку контура на оптимум по модулю, прежде всего зависит от вида передаточной функции объекта, которая  в свою очередь зависит от величины То - постоянной време­ни объекта:

-         если в контуре нет большой постоянной времени То, то передаточная функция объекта является интегрирующим звеном  и  регулятор должен быть интегрирующим (И) с передаточной функцией:

     Wp(p) = βp / p ,  βp = 1 /(2 Тµ kokпkд) ;

-         если в контуре постоянная времени То < 0,1 , то должен быть использован  пропорциональный (П) регулятор с передаточной функцией:  Wp(p) = kp = To /(2 Тµ kokпkд) ;

-         если в контуре постоянная времени То > 0,1 , то передаточную функцию объекта можно считать апериодическим звеном и должен быть использован  пропорционально - интегрирующим (ПИ) регулятор:

   Wp(p) = βp (τ p p+1)/ τ p p ,    βp = To /(2 Тµ kokпkд) ,   τ p= To

-         если объект имеет две постоянные времени, при Т ₀₁ > Т₀₂, то аналогичный результат может быть получен, если применить пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор с передаточной функцией: Wp(p) = βp(τ p1 p+1)(τ p2 p+1)/ τ p1 p , 

      βp = To1 /(2 Тµ ko1 ko2kпkд) ,   τ p1= To1 , τ p2= To2 ;

  В  данном  случаи величина То - постоянная време­ни объекта характеризуется инерционностью переходных процессов, происходящих в электродвигателе, вентиляторе и канале. Инерционностью переходного процесса в канале можно пренебречь, вследствии того, что воздух в системах вентиляции имеет несоизмеримо малое сжатие относительно атмосферного и является практически безынерционным, следовательно постоянная време­ни объекта - То характеризуется механической постоянной време­ни электродвигателя Тм, а время переходного процесса tп приблизительно равно 3 Тм:

Механическая постоянная време­ни электродвигателя Тм определяется соотношением:

 Тм = J ωн / Мmax ,

где: J – приведенный к валу двигателя момент инерции;

       J = Jдв + Jв(пр) ,

       Jдв – момент инерции двигателя;

       Jв(пр) – приведенный к валу двигателя момент инерции вентилятора;

       Jв(пр) = Jв / ip² ,

       ip – передаточное число редуктора вентилятора;

       ωн  – номинальная угловая скорость  двигателя;

        Мmax – максимальный (пусковой) момент  двигателя;

        Мmax = 2 Мн ,

        Мн  – номинальный момент двигателя;

        Мн = Рн /ωн ,

        Рн – номинальная  мощность двигателя;

    Для системы автоматической стабилизации не обязательно определение полной статической характеристики объекта. Достаточно знать лишь динамический коэффициент усиления в окрестности рабочей точки. Полное описание объекта управления состоит из системы дифференциальных уравнений с частными производными. При использовании точечного метода измерения одним датчиком,  система дифференциальных уравнений с частными производными переходит в систему уравнений с обычными производными. Это существенно упрощает построение математической модели объекта, позволяя определить его передаточную функцию.

   Динамика объекта управления во многом определяется произведением статических коэффициентов передачи усиления элементов объекта управления: электродвигатель, вентилятора, канал:   

            kо = kдв kв kк

При расчете динамики используются как размерные, так и безразмерные коэффициенты передач. Размерные коэффициенты передач в предположении линейности статической характеристики определяются следующим образом:    К = ΔХ2 /ΔХ1,    где ΔХ2 ,ΔХ1 - приращения в окрестности точки его номинального режима работы.
     Более удобны в применении безразмерные коэффициенты передачи элементов. При их определении берутся относительные величины приращений: К = (ΔХ2 /Х2ном) /(ΔХ1/ Х1ном). Использование номинальной величины при определении коэффициента передачи рекомендуется в случае нелинейных статических характеристик элементов систем автоматической стабилизации технологических параметров.

 Если шкала элемента линейна, то:  К = Хmax2 – Хmin2/ Х max1 - Хmin1 ,

где Х max1, Хmin1,Хmax2, Хmin2 максимальные и минимальные значения входного и выходного сигналов элемента.

    При наличии достаточно точной математической модели объекта можно спроектировать высококачественную систему управления этим объектом. Причем, согласно принципу Эшби, сложность управляющего устройства должна быть не ниже сложности объекта управления. Поэтому основной целью построения математической модели объекта управления является определение структуры объекта, его статических и динамических характеристик. Определение структуры объекта управления сводится к определению порядка дифференциального уравнения описывающего объект. Кроме того, оцениваются входные сигналы и сигналы возмущения, действующие на объект (их статистические характеристики, точки приложения, максимальные амплитуды). Значение этих характеристик позволяет выбрать структуру регулятора и рассчитать параметры его настройки, ориентируясь также на критерий качества работы этой системы.

     Существуют аналитические, экспериментальные и комбинированные методы получения математического описания объектов управления.
Аналитические методы базируются на использовании уравнений описывающих физико-химические и энергетические процессы, протекающие в исследуемом объекте управления. Экспериментальные методы предполагают проведение серии экспериментов на реальном объекте управления. Обработав результаты экспериментов, оценивают параметры динамической модели объекта, задавшись предварительно ее структурой. Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы построения математической модели объекта, когда, используя аналитически полученную структуру объекта, ее параметры определяют в ходе натурных экспериментов.

     В данном  дипломном проекте рассмотрим аналитическую процедуру получения передаточной функции давления воздуха  в  канале.

В канале осуществляется стабилизация уровня давления воздуха на номинальном значении Ρ = const. Регулирование подачи воздуха L  осуществляется регулированием скорости вращения вентилятора.  В рассматриваемой  варианте принимаем,  что воздух  выходит через воздуховод с  установленным на нем клапаном (эквивалент переменного  аэродинамического сопротивления системы  кондиционирования). Степень открытия клапана α может изменяться от 0 до 1, устанавливая тем самым нужную величину подачи воздуха  потребителям.

Из физики известно, что величина подачи воздуха L связана с уровнем давления воздуха  в  канале соотношением:

                                                          L = k√P

где:  k – постоянная, характеризующая  аэродинамическое сопротивление

              сети воздуховодов, при номинальном режиме ;

С учетом степени открытия клапана α , имеем соотношение:

                                                           L = α k√P

где: α = 1, при номинальном режиме;

Данное соотношение показывает на нелинейный характер статической характеристики канала, следовательно для определении коэффициента передачи канала – Кк. , с учетом линеаризации в окрестности рабочей точки, берем относительные величины приращений:

     Кк = ΔP / ΔL

    Для определения передаточной функции вентилятора рассмотрим соотношение скорости воздуха в вентиляторе и его угловой скорости:

V = ωD2  √  (ζ/ξ) ,

где: V - скорость воздуха в вентиляторе;

       ω - угловая скорость  вентилятора;

      D2 – диаметр лопастей вентилятора;

      ζ – коэффициент,  учитывающий потери в вентиляторе;

      ξ – коэффициент,  учитывающий потери в магистрали сети.

Зная, что скорость воздуха в вентиляторе имеет соотношение:

V = L / F ,

L – расход  воздуха;

F – площадь сопла вентилятора.

 Получаем следующую зависимость:

L = ωD2  F √  (ζ/ξ)

   Таким образом приходим к выводу, что статическая характеристика вентилятора имеет линейный характер, так как угловая скорость вентилятора пропорциональна  расходу воздуха.

   Соответственно для определения  статического коэффициента передачи  вентилятора Кв используем  отношение приращения расхода и угловой частоты вращения вентилятора в окрестности точки его номинального режима работы:

         Кв = ΔL /Δω.

Статические характеристики двигателя и преобразователя   являются линейными, следовательно статические коэффициенты передачи двигателя - Кдв  и преобразователя - Кп определяется:

Кдв = (ω max – ω min)/ (ƒ max – ƒ min ),

Кп  = (ƒ max – ƒ min )/ (Uу max – Uу min)

где f max, f min, ω max, ω min - максимальные и минимальные значения входного и выходного сигналов элемента.

Достоинства аналитического метода:
- не требуют проведения экспериментов на реальном объекте;
- позволяют определить математическое описание еще на стадии проектирования системы управления;
- позволяют учесть все основные особенности динамики объекта управления, как-то наличие нелинейностей, распределенные параметры;   - обеспечивают получение универсального математического описания, пригодного для широкого класса аналогичных объектов управления.

 Недостатки:

- трудность получения достаточно точной математической модели, учитывающей все особенности реального объекта;
- многие математические модели имеют ряд трудно оцениваемых в численном выражении параметров;

Алгоритм функционирования системы стабилизации уровня давления воздуха в канале в них имеет вид Ρ(t)=const. Главное назначение систем автоматической стабилизации - борьба с возмущениями:                                    - переменное  аэродинамическое сопротивление системы кондиционирования;

 - возмущения в виде изменения сигнала задания на регулятор. 
В первом случае система должна скомпенсировать (парировать) внешнее возмущение. Во втором - точно отработать сигнал задания.

Основные возмущения - это возмущения со стороны нагрузки, которые проявляются в виде неконтролируемых, произвольных изменений аэродинамического сопротивления системы  кондиционирования.
По характеру изменения во времени, они являются медленно меняющиеся при засорении  фильтров системы  кондиционирования; импульсные при переходе работы системы на новый режим (отклчение/подключение к распределительной сети воздуховодов зональных кондиционеров доводчиков). В зависимости от характера доминирующих возмущений и типа системы выбирается и нужный критерий оптимизации настроек регулятора. В данном случаи  возмущения по нагрузке компенсируются соответствующим регулированием скорости вращения вентилятора, изменяющим подачу  воздуха в  канал распределительной сети воздуховодов. Поэтому такое возмущение и приводят к входу объекта, а его величину измеряют в процентах скорости вращения.