Журнал «ИСУП». (Информатизация и системы управления в промышленности)
ИТ, КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Преобразователи частоты «СИРИУС‑С8»: новые возможности управления

Shapka.jpg

Компания «ТЭС» предлагает потребителям собственные высокоэффективные преобразователи частоты серии «СИРИУС‑С8». В статье рассмотрены основные технические особенности ПЧ этой серии, а также новые возможности управления, связанные с применением энкодеров – датчиков скорости вращения электродвигателей.

ООО «ТЭС», г. Воронеж

ТES.png

скачать pdf >>

Преобразователи частоты «СИРИУС‑С8»: основные функциональные возможности и характеристики

«СИРИУС-С8» – это серия векторных преобразователей частоты, которые позволяют точно выдерживать различные режимы управления работой электродвигателей (ЭД), выполнять регулировку и осуществлять защитные функции.

Одной из особенностей преобразователей частоты (ПЧ) серии «СИРИУС-С8» является возможность выбора ти­па управления электродвигателем – по скорости или крутящему моменту. В первом случае ПЧ использует в качестве опорного значения заданную скорость вращения электродвигателя (частоту его питающей се­ти) и осуществляет управление, поддерживая требуемую выходную частоту. Во втором случае в качестве опорного значения используется задание по крутящему моменту на ва­лу электродвигателя и ПЧ осуществляет управление, поддерживая это предустановленное значение момента. В режиме управления по моменту обороты ЭД (скорость вращения) могут быть величиной, переменной во времени, однако при этом крутящий момент на ва­лу – фиксированная величина.

Основные технические и функциональные возможности преобразователей частоты серии «СИРИУС-С8» сведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические и функциональные возможности преобразователей частоты «СИРИУС-С8» (увеличить изображение)

Характеристика

Реализация в устройствах

Параметры питающей сети

3ф × 380 / 660–690 В ± 15 %, 50/60 Гц ± 5 %

Выходное напряжение ПЧ, В

3ф × 0~380 / 0~660–690

Максимальная выходная частота ПЧ, Гц

·          Векторное управление: 0~300

·          U/f -управление: 0~3000

Несущая частота ПЧ, кГц

0,5~16

Разрешение по частоте задания

·          Цифровое задание: 0,01 Гц

·          Аналоговое задание: 0,025 % от максимальной частоты

Режимы управления ЭД

·          Векторное управление без датчика скорости ЭД

·          Векторное управление с датчиком скорости ЭД Скалярное U/f -управление

·          Управление скоростью: режим задания и поддержания скорости ЭД

·          Управление моментом: режим задания и поддержания крутящего момента на валу ЭД

Поддерживаемые типы ЭД

·          Асинхронный ЭД с короткозамкнутым ротором

·          Синхронный ЭД на постоянных магнитах

Возможность управления несколькими ЭД

Имеется возможность подключения к ПЧ до двух ЭД (с индивидуальными настройками параметров этих ЭД)

Автоматическая настройка ПЧ на параметры ЭД

Имеется функция автонастройки ПЧ на параметры двух ЭД (с индивидуальными настройками на их параметры)

Тормозной прерыватель

·          Встроенный: для ПЧ мощностью 37/45 кВт и ниже

·          Опциональный: для ПЧ мощностью 45/55 кВт и выше

Пусковой момент

·          При работе на нагрузку с постоянным моментом на валу ЭД (общепромышленная нагрузка): 0,5 Гц / 150 % – при векторном управлении без датчика скорости ЭД; 0 Гц / 180 % – при векторном управлении с датчиком скорости ЭД

·          При работе на нагрузку с переменным моментом на валу ЭД (насосы и вентиляторы): 0,5 Гц / 100 %

Глубина регулирования скорости ЭД

1 : 100 при векторном управлении без датчика скорости ЭД)

1 : 1000 при векторном управлении с датчиком скорости ЭД

Точность поддержания скорости ЭД, %

±0,5 при векторном управлении без датчика скорости ЭД

±0,02 при векторном управлении с датчиком скорости ЭД

Точность поддержания момента, %

±5 при векторном управлении с датчиком скорости ЭД

Перегрузочная способность ПЧ

При работе на нагрузку с постоянным моментом на валу ЭД (общепромышленная нагрузка):

·          60 с при 150 % от номинального выходного тока;

·          3 с при 180 % от номинального выходного тока.

При работе на нагрузку с переменным моментом на валу ЭД (насосы и вентиляторы):

·          60 с при 120 % от номинального выходного тока;

·          3 с при 150 % от номинального выходного тока

Усиление момента

·          Автоматическое усиление

·          Ручное усиление в диапазоне 0,1~30,0 %

U/f-зависимость в скалярном режиме управления

·          Прямолинейная U/f-зависимость

·          Ручное задание U/f-зависимости по точкам

·          Квадратичные U/f-зависимости (U/f 1,2 , U/f 1,4, U/f 1,6, U/f1,8, U/f 2)

·          Два режима независимого задания U и f: полностью раздельное задание U и f; частично независимое задание U и f

Кривые разгона / торможения ЭД

·          Прямолинейный разгон/торможение

·          S-образный разгон/торможение

·          4 группы времен разгона/торможения с диапазоном установки 0,00~65 000 с

Режим торможения ЭД постоянным током

·          Частота перехода в режим торможения постоянным током: 0,00 Гц ~ максимальная выходная частота

·          Время торможения постоянным током: 0,0~36,0 с

·          Ток в режиме торможения постоянным током: 0,0~100,0 %

Шаговый режим управления ЭД

·          Опорная частота в шаговом режиме: 0,00~50,00 Гц

·          Время разгона/торможения в шаговом режиме: 0,00~65 000 с

Режим ПЛК, многоскоростной режим

Возможно предопределение до 16 скоростей ЭД

ПИД-регулирование

Имеются 2 встроенных ПИД-регулятора с независимыми настройками

Автоматическая регулировка напряжения

ПЧ автоматически поддерживает выходное напряжение неизменным при колебаниях входной питающей сети

Предотвращение перенапряжения и токовых перегрузок

ПЧ автоматически предотвращает перенапряжение на шине постоянного тока и токовые перегрузки ЭД во время работы путем корректировки выходной частоты

Функция токоограничения

Возможно ограничение выходного тока ПЧ во время его работы путем корректировки выходной частоты

Контроль и ограничение момента

Возможны контроль и ограничение выходного момента ПЧ во время его работы путем корректировки выходной частоты. Данная функция возможна при векторном управлении с датчиком скорости ЭД

Защита от перегрева ЭД

Поддержка датчиков перегрева ЭД типа PT100, PT1000 (опционально)

Поддерживаемые протоколы при сетевом обмене

·          Modbus RTU (стандартно)

·          PROFIBUS-DP (опционально с коммуникационным модулем СИРИУС-С8.PB-DP)

·          Прочие коммуникационные интерфейсы и протоколы (опционально)

Программное обеспечение

Позволяет осуществлять управление, настройку, мониторинг работы ПЧ

Режимы управления ПЧ

·          С пульта управления

·          С клемм цепей управления

·          По интерфейсу RS-485

·          Комбинированный режим управления

Режимы задания опорного значения

·          Цифровое задание

·          Аналоговое задание

·          Задание через высокочастотный импульсный вход

·          Задание через интерфейс RS-485

·          Комбинированный режим задания

Пульт управления

·          Стандартно: пульт управления с LED-дисплеем. Допускается выносить на расстояние до 100 м с применением обычной витой пары (Ethernet RJ-45), допускается одновременно подключать 2 пульта управления

·          Опционально: пульт управления с LCD-дисплеем

Защитные функции

·          Защита от короткого замыкания в нагрузке, защита при обрыве входной/выходной фазы, защита от перегрузки по току, защита от перенапряжения, индикация низкого уровня напряжения, защита от перегрева ПЧ, защита от чрезмерной механической перегрузки и т.д.

·          Степень защиты корпуса: IP20 (стандартно), IP21 (опционально)

Соответствие требованиям по ЭМС и безопасности,

ТУ

·          ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»

·          ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств»

·          IEC/EN61800-5-1: 2003 «Требования по безопасности, предъявляемые к системам электроприводов с регулируемой скоростью»

·          IEC/EN61800-3: 2004 «Системы электроприводов с регулируемой скоростью (часть 3). Стандартные требования к электромагнитной совместимости продукции и специальные методы испытаний»

·          Номер технических условий: НВПЧС.435421.001ТУ «Преобразователи частоты. Технические условия»

Условия среды эксплуатации

Внутри незапыленного помещения, при отсутствии прямых солнечных лучей, не выше 1000 м над уровнем моря

Температура и влажность при эксплуатации

-10…+40 °C при относительной влажности до 95 %, без конденсата

Вибрации при эксплуатации, g, не более

0,6

Температура хранения, °C

-20…+60

Способ охлаждения

Воздушное, принудительное



При использовании различных математических моделей векторные частотные преобразователи способны не только контролировать работу статора и ротора ЭД, но и учитывать их взаимодействие, обеспечивая адаптацию крутящего момента и скорости вращения к требуемому режиму управления, благодаря че­му достигается наибольшее значение КПД. Частотные преобразователи серии «СИРИУС‑С8» поддерживают работу в трех режимах управления электродвигателями, в числе которых векторное в замкнутой (с датчиком скорости) и разомкнутой (без датчика скорости) системах, а также cкалярное (вольт-частотное) управление, обеспечивающее поддержание предопределенной зависимости U/f – соотношения частоты питающей се­ти электродвигателя и уровня его напряжения питания.


Повышение точности управления с помощью энкодеров

Для прецизионного регулирования скорости и позиционирования ва­ла электродвигателя в состав электропривода включаются энкодеры. Использование частотно-регулируемого привода с датчиками скорости и положения позволяет отойти от эксплуатации дорогостоящих сервоприводов.

В настоящее время широко применяются и наиболее популярны ABZ-энкодеры. Рассмотрим принцип работы преобразователя частоты серии «СИРИУС-С8» в системе электропривода, в состав которой входит ABZ-энкодер с дифференциальным выходом или N‑P‑N‑выходом.

Основные различия между ABZ-энкодерами с дифференциальным выходом и ABZ-энкодерами с N‑P‑N-выходом сводятся к ти­пу выходных сигналов и способу их интерпретации преобразователем частоты. Для физической интеграции преобразователей частоты «СИРИУС-С8» в системы электроприводов с ABZ-энкодерами компания «ТЭС» спроектировала и в настоящий момент серийно производит специализированные платы расширения, позволяющие осуществлять подключение энкодеров напрямую к ПЧ. Тем самым обеспечена возможность реализовать алгоритмы высокоточного векторного управления в режиме замкнутого контура с каналом обратной связи по скорости электродвигателя. Речь идет об устанавливаемых в преобразователи частоты «СИРИУС-С8» платах СИРИУС-С8.Э1.1, СИРИУС-С8.Э1.2 для сопряжения с ABZ-энкодерами с дифференциальным выходом (рис. 1) и платах СИРИУС-С8.Э2.1, СИРИУС-С8.Э2.2 для сопряжения с ABZ-энкодерами с N‑P‑N-выходом (рис. 2).

Ris_1.jpg

Рис. 1. Платы сопряжения для подключения ABZ-энкодеров с дифференциальным выходом: а –СИРИУС-С8.Э1.1; б – СИРИУС-С8.Э1.2 (увеличить изображение)


Ris_2.jpg

Рис. 2. Платы сопряжения для подключения ABZ-энкодеров с N-P-N-выходом: а – СИРИУС-С8.Э2.1; б – СИРИУС-С8.Э2.2 (увеличить изображение)

В основе функционирования системы частотно-регулируемого привода с ABZ-энкодером лежит измерение и кодирование положения вращающегося ва­ла ротора электродвигателя. Энкодер воспринимает вращение и формирует сигналы, которые затем подаются на преобразователь частоты. ПЧ принимает сигналы от энкодера и интерпретирует их для определения текущего положения ва­ла ротора (скорости его вращения).

Выход ABZ-энкодера имеет три набора сигналов: А и В – две фазы (каналы) сигналов и Z – сигнал обратного обнуления (reference mark). ABZ-энкодер с дифференциальным выходом выдает сигналы в ви­де па­ры синусоидальных сигналов, которые смещены по фа­зе на 90 градусов и дают информацию о положении и направлении вращения в аналоговом ви­де. ABZ-энкодер с N‑P‑N-выходом представляет собой трехфазное устройство с сигналами A, B и Z, однако в отличие от дифференциального энкодера N‑P‑N-энкодер имеет выходные сигналы, которые представлены состоянием транзисторов: открытый или закрытый. Состояние открытого транзистора соответствует логическому уровню «1», а закрытого – «0». Таким образом, N‑P‑N-энкодер генерирует цифровые сигналы, имеющие логический уровень. Комбинация ABZ-сигналов обеспечивает возможность контроля обратного обнуления или конкретного положения ва­ла ротора электродвигателя с помощью сигнала Z. Это может быть полезно, например, при необходимости вернуть механизм в определенное начальное положение или при потребности сориентироваться относительно опорной метки.

Выбор между ABZ-энкодерами с дифференциальным или N‑P‑N-выходом зависит от требований конкретной электроприводной системы, ее бюджета и возможностей используемого оборудования. В общем случае дифференциальные энкодеры обеспечивают более высокую точность и шумоподавление, но требуют более сложного физического подключения, в то время как N‑P‑N-энкодеры проще в подключении, но могут быть менее точными в некоторых случаях.

Преобразователи частоты серии «СИРИУС-С8» способны принимать и интерпретировать наборы ABZ-сигналов как от дифференциальных, так и от N‑P‑N-энкодеров, используя их для определения изменений положения ва­ла ротора и, соответственно, скорости электродвигателя. Расшифровка ABZ-сигналов позволяет преобразователям частоты «СИРИУС-С8» осуществлять высокоточное управление циклами работы электропривода (скоростью вращения или перемещения механизма) за счет быстрого реагирования на его пространственные изменения в реальном времени.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 6(108)_2023

А. С. Лапков, генеральный директор,
руководитель направления частотно-регулируемого привода,
ООО «ТЭС», г. Воронеж,
тел.: +7 (473) 258‑5092,
e-mail: info@rus-privod.ru