Controlul motorului cu acţionare în frecvenţă: Configurare VFD, reglare şi economii

Cum funcționează în practică controlul motorului cu acţionarea frecvenţei

Un convertizor de frecvență rectifică AC de intrare în DC, apoi îl inversează înapoi în AC la o frecvență comandată. Viteza motorului este stabilită în primul rând de frecvență, în timp ce tensiunea și algoritmii de control reglează cuplul și stabilitatea.

Viteza, cuplul și de ce contează modul de control

Majoritatea aplicațiilor se încadrează în două tipuri de comportament: cuplu variabil (ventilatoare/pompe) și cuplu constant (conveioare/extrudere). Potrivirea modului de control al unității la sarcină îmbunătățește cuplul la viteză mică, menținerea vitezei și eficiența.

Când un VFD este instrumentul potrivit

• Aveți nevoie de viteză reglabilă pentru debit, presiune, tensiune sau debit.
• Pornirea ușoară reduce șocul mecanic în comparație cu pornirile peste linie.
• Costurile cu energia sunt mari și procesul nu necesită viteza maximă în mod continuu.
• Aveți nevoie de funcții de automatizare de bază, cum ar fi controlul PID, sleep/wake sau presetări cu mai multe viteze.

Cum să dimensionați și să selectați un convertizor de frecvență pentru controlul motorului

Dimensiunea corectă este determinată de curent de sarcină maximă a motorului (FLA) iar supraîncărcarea solicită, nu numai cai putere/kW. Începeți cu plăcuța de identificare a motorului, apoi aplicați cerințele aplicației.

Reguli de dimensionare rapidă care previn călătoriile neplăcute

• Potriviți valoarea nominală a curentului continuu al unității cu FLA motorului cu marja: ≥ 1,0× pentru ventilatoare/pompe, ≥ 1,1–1,25× pentru cuplu constant sau accelerare frecventă.
• Verificați clasa de supraîncărcare: oferă multe unități ~120% pentru 60 de ani (cuplu variabil) și ~150% pentru 60 de ani (cuplu constant), dar acesta variază în funcție de model.
• Luați în considerare timpul de accelerație: rampele mai scurte necesită un cuplu/curent de vârf mai mare.
• Deratați pentru temperatura mediului ambiant, altitudine, carcasă și frecvența de comutare, dacă este specificat de producătorul unității.

Exemplu: cum arată „marja” cu numerele reale

Dacă un motor de 400 V, 30 kW are o plăcuță de identificare FLA de ~56A (gama tipică depinde de eficiență și factor de putere), alegerea unui drive cu 60–70A Evaluarea continuă este adesea adecvată pentru funcționarea ventilatorului/pompei. Pentru un transportor cu porniri grele, trecerea la o unitate care poate suporta o suprasarcină mai mare poate preveni deplasările în timpul accelerației.

Lista de verificare a selecției pentru fiabilitate

1. Alimentare de intrare: tensiune, fază, scurtcircuit și dacă sunt recomandate reactoare de linie.
2. Tip motor: cu inducție, PM sau motoare speciale; confirmați compatibilitatea unității.
3. Nevoi de control: V/Hz de bază vs vector, feedback al codificatorului, funcții PLC la bord, fieldbus.
4. Frânare: inerție/oprire, injecție DC, rezistență de frânare dinamică sau nevoi de regenerare.
5. Mediu: praf, umiditate, vibrații; alegeți carcasa/evaluarea IP și strategia de răcire.

Practici de cablare și instalare care păstrează stabil controlul motorului VFD

Cele mai multe probleme „misterioase” VFD provin de la împământare, rutarea cablurilor sau practicile incorecte ale cablurilor de motor. Instalarea bună reduce EMI, protejează izolația motorului și îmbunătățește precizia controlului.

Elemente esențiale pentru cablu și împământare

• Folosiți cablu de motor ecranat acolo unde este necesar; terminați scutul la 360° conform celor mai bune practici pentru controlul zgomotului de înaltă frecvență.
• Mențineți cablurile motorului separate fizic de cablurile analogice/de feedback; se traversează la 90° dacă trebuie să se intersecteze.
• Conectați unitatea, cadrul motorului și împământarea panoului la o cale de împământare cu impedanță scăzută; evitați motivele „în lanț” atunci când este posibil.
• Dacă cablurile motorului sunt lungi, luați în considerare filtrele dV/dt sau sinusoidale pentru a reduce tensiunea de unde reflectată.

Protejarea motorului și a unității

O ieșire VFD este o formă de undă PWM, care poate crește curenții de rulment și stresul de izolație în anumite configurații. Atenuarea poate include împământare adecvată, rulmenți izolați (atunci când este specificat), șocuri de mod comun și filtrare de ieșire, în special cu motoare mai vechi sau cabluri foarte lungi.

Nu faceți acest lucru (modele de eșec obișnuite)

• Comutați motorul între motor și puterea de linie folosind contactori standard fără o schemă de transfer aprobată de convertizor.
• Puneți condensatori de corecție a factorului de putere pe ieșirea VFD.
• Partajați comunitățile de referință analogice cu circuite zgomotoase; utilizați izolarea adecvată a semnalului acolo unde este necesar.

Etape de punere în funcțiune pentru controlul fiabil al motorului cu acţionare de frecvenţă

Introducerea datelor exacte de pe plăcuța de identificare a motorului și rularea rutinei de identificare a motorului unității sunt cei doi pași de configurare cu cel mai mare impact pentru o producție stabilă de cuplu și mai puține deplasări, în special în modurile vectoriale.

Parametrul minim setat pentru a configura mai întâi

1. Volți motor, curent motor (FLA), frecvență de bază, viteză nominală (RPM) și putere.
2. Mod de control: V/Hz pentru cuplu variabil, vector pentru cuplu constant sau performanță mai bună la viteză mică.
3. Timpi de accelerare/decelerare și metoda de oprire (coast, rampă, injecție DC, frânare dinamică).
4. Limită de curent și setări de suprasarcină aliniate la capacitatea termică a motorului.
5. Viteza min/max (Hz) și orice constrângeri ale procesului (de exemplu, viteza minimă de răcire pentru motoarele autoventilate).

Exemplu de control PID pentru pompe și ventilatoare

Pentru controlul presiunii, unitatea poate regla viteza pentru a menține un punct de referință. O abordare de pornire practică este câștigul proporțional modest și acțiunea integrală lentă, apoi rafinarea în funcție de răspuns:

• Setați corect scalarea traductorului (de exemplu, 4–20mA = 0–10 bar) pentru a evita „reglarea” unui semnal prost.
• Utilizați logica de repaus/trezire când cererea este aproape de zero pentru a preveni vânătoarea și a reduce uzura.
• Aplicați o viteză minimă rezonabilă pentru a menține răcirea etanșării sau debitul minim, dacă este necesar.

Rampe: echilibrarea nevoilor procesului și a limitelor electrice

Dacă unitatea declanșează la supracurent în timpul accelerației, creșteți timpul de accelerare sau reduceți sarcina de pornire. Dacă se declanșează la supratensiune în timpul decelerării, extindeți timpul de decelerare sau adăugați frânare dinamică. Pentru sarcini cu inerție mare, hardware-ul de frânare transformă adesea o oprire instabilă într-una controlată.

Economii de energie și câștiguri de performanță pe care le puteți cuantifica

Controlul motorului de acţionare a frecvenţei este cel mai convingător din punct de vedere financiar pentru sarcinile cu cuplu variabil. Legile afinității oferă o estimare rapidă: debit ∝ viteză, înălțime ∝ viteză² și putere ∝ viteză³. Aceasta înseamnă că reducerile mici ale vitezei pot produce reduceri mari de kW.

Exemplu concret folosind relația de putere cubică

Dacă un ventilator folosește 30 kW la viteza de 100%, atunci la viteza de 80% puterea estimată a arborelui este 30 × 0,8³ = 30 × 0,512 ≈ 15,4 kW . Aceasta este o reducere de aproximativ 14,6 kW în timp ce încă se mișcă ~80% din fluxul de aer (presupunând condiții similare ale sistemului).

Unde economiile dezamăgesc adesea (și cum să le remediați)

• Dacă procesul necesită un cuplu constant la viteză apropiată de cea mai mare parte a timpului, economiile vor fi limitate; concentrați-vă în schimb pe o întreținere redusă și un control mai bun.
• Dacă amortizoarele sau supapele de reglare încă fac controlul „adevărat”, mutați autoritatea de control la VFD cu PID și tratați dispozitivul mecanic ca pe o limită de reglare sau de siguranță.
• Dacă viteza minimă este setată prea mare, revizuiți constrângerile procesului; chiar și o scădere a vitezei de 10% poate reduce puterea ventilatorului/pompei cu ~27%.

Rezolvarea rapidă a problemelor de control al motorului de transmisie a frecvenței

Începeți prin a identifica dacă declanșarea este legată de curent, de tensiune sau de semnal/control ; aceasta restrânge rapid cauza principală și previne modificări aleatorii ale parametrilor.

Harta simptom-cauză

O concluzie concisă de „bună practică”.

Pentru a obține rezultate consecvente din controlul motorului convertizorului de frecvență, acordați prioritate datelor exacte ale motorului, modului de control adecvat, rampelor sensibile și instalației curate. Când este reglat și instalat corect, VFD-ul devine un instrument de proces previzibil, nu o sursă de deplasări intermitente.