Корзина:
с 9:00 до 19:00
Режим работы: Пн-Пт
+7 (495) 120-03-90
zakaz@plc.ru

Как реализуются вентиляционные системы с частотным регулированием?

30.12.2014

Для того, чтобы обеспечить регулировку скорости современного вентиляционного оборудования или же дымососов на большинстве промышленных и производственных объектов используются специализированные частотные преобразователи. При помощи такого оборудования осуществляется изменение производительности, достигается возможность плавного запуска и остановки работы электронного двигателя, а также обеспечивается существенная экономия электроэнергии.

серия преобразователей частотыПри этом число управляющих сигналов, которые передаются из внешней системы автоматизации, является минимальным и зачастую ограничивается исключительно заданием в соответствии со скоростью, а также дискретным сигналом разрешения работы.

В то же время, хотя на первый взгляд, кажется, что такие системы являются простыми, электромеханическое вентиляционное оборудование на самом деле имеет достаточно сложное устройство, которое отличается целым рядом особенностей эксплуатации. В частности среди особенностей работы таких устройств, которые редко учитываются современными инженерами при автоматизации вентиляционных систем, следует назвать воздействие электромеханической составляющей, что объясняется наличием большого момента инерции крыльчатки.

Из-за такого момента в работающих лопастях вентилятора накапливается значительное количество кинетической энергии, которая отрицательно сказывается на динамических характеристиках оборудования в процессе регулировки скорости, а также в процессе запуска и остановки оборудования. При наличии некорректной настройки системы управления такая энергия может выбрасываться, вследствие чего может быть спровоцирован полный отказ электроники частотного преобразователя. Зачастую такие ситуации происходят на этапе остановке, замедления или же принудительного раскручивания вентилятора посредством использования внешней тяги без применения электронного двигателя.

Почему возникают различные ошибки?

В преимущественном большинстве случаев при возникновении ситуации, связанной с аварийной остановкой частотного преобразователя, оператору на дисплей подается ошибка OU, свидетельствующая о возникновении перенапряжения по шине постоянного тока. При этом электрик, который занимается обслуживанием установки, должен прийти на место использования частотника, провести диагностику напряжения на входных клеммах и определиться с тем, вследствие чего возникло кратковременное перенапряжение. В худшем случае специалист просто-напросто сбросит ошибку посредством перезапуска оборудования, а в лучшем же установит на вход реле контроль напряжения. Впоследствии такие действия приводят к тому, что в процессе эксплуатации ошибка возникает снова, и данная ситуация может повторяться вплоть до того, пока частотный преобразователь вообще не перестанет работать.

В действительности же ситуации, связанные с перенапряжением шины постоянного тока, возникают в двух ситуациях:

· Использование генераторного режима электронного двигателя;

· Возникновение перенапряжения в питающей сети.

При помощи специализированного измерителя напряжения зачастую осуществляется контроль над входным напряжением, и если будут возникать какие-либо всплески напряжения, самым простым вариантом обеспечения защиты будет использование сетевого дросселя перед преобразователем частоты. Если выброс энергии возникает при работе генераторного режима, зачастую он является кратковременным и его фиксирование осуществляется только самим частотником на внутренней шине постоянного тока в то время, как обслуживающий персонал не может его зафиксировать, используя штатные измерительные приборы.

Что такое генераторный режим вентилятора?

Как известно, для генераторного режима работы вентилятора оборудование должно раскручиваться до той степени, когда скорость вращения превысит скорость идеального холостого хода используемого привода.

Возникает это примерно при следующих условиях. К примеру, человек работает за оборудованием, потребляя определенную мощность из звена постоянного тока преобразователя. Когда внешняя система автоматики предоставляет команду на уменьшение рабочей скорости и переход в новую точку, если показатель допустимого ускорения/замедления двигателя не будет ограничиваться, вся кинетическая энергия, которая запасается в механизме вентилятора, будет осуществлять раскручивание вала электронного двигателя до скорости выше синхронной, которая задается преобразователем изначально. При этом стоит отметить, что скорость всегда будет оставаться положительной в то время, как момент, который формируется приводом, получит отрицательное значение, вследствие чего электродвигатель начнет работать в генераторном режиме. Впоследствии этого энергия рекуперации будет подаваться двигателем на преобразователь частоты.

Таким образом, энергия, которую двигатель передает на частотный преобразователь, поступает в звено постоянного тока посредством обратных диодов, которые в данном случае уже будут представлять собой неуправляемый выпрямитель, при этом нет никакой разницы в том, были ли в этот момент открыты IGBT транзисторы. Из-за того, что через входной неуправляемый выпрямитель выпрямленное напряжение будет поступать в звено, его электролитические конденсаторы уже будут находиться в заряженном состоянии.

Энергия торможения в то же время не будет передаваться в питающую сеть посредством входного неуправляемого выпрямителя, вследствие чего возникновение выброса энергии от двигателя в конечном итоге спровоцирует перенапряжение на элементах звена постоянного тока, а также создаст перенапряжение на трехфазном инверторе, вследствие чего оборудование перестанет работать. Помимо всего прочего среди вредных факторов данного режима дополнительно следует выделить то, что при возникновении повышенного напряжения в звене постоянного тока повышенное напряжение будет прикладываться к инверторным ключам, что сформирует слишком сильное тепловыделение, а также их частичное разрушение и, следовательно, отказ.

Другим видом неполадок, которые могут возникать в процессе использования вентиляторов, следует назвать перезагрузку IGBT ключей во время запуска. Зачастую данная неисправность вызывается возникновением динамических колебаний скорости особенно во время запуска с минимальным временем разгона, а также при наличии больших маховых масс, закрепленных на валу двигателя.

Возникает это вследствие следующих причин. При слишком низком времени разгона электродвигателя случается так, что частотный преобразователь переходит в специальный режим и старается как можно быстрее максимально разогнать двигатель. Из-за того, что маховые массы вентилятора имеют определенную инерционность, раскручивание электронного двигателя осуществляется не сразу, а с определенной задержкой, и в этом случае, так как осуществляется подача напряжения на двигатель, а вал медленно вращается, частотник начинает отрабатывать допустимую перегрузку и полностью прекращает разгон, закрывая силовые инверторные транзисторы. Оператору же предоставляется ошибка ОС1, свидетельствующая о коротком замыкания в двигательной фазе.

В то же время ЭДС, которая наводится в обмотках двигателя, начинает преобразовываться в кинетическую энергию, при помощи которой осуществляется раскрутка двигателя и последующее его переведение в генераторный режим, так как все инверторные ключи находятся в закрытом состоянии и двигательная энергия поступает в звено постоянного тока. В конечном итоге это может спровоцировать перенапряжение в звене постоянного тока и возникновение ошибки OU, при этом представленная ранее ошибка ОС1 сбросится.

В связи с тем, что в это время ключи находятся в закрытом состоянии и не осуществляется контроль над работой двигателя, его работа замедляется, перенапряжение пропадает, а частотный преобразователь пытается провести повторную раскрутку двигателя. Такие циклы могут повторяться несколько раз, пока вентилятор не выйдет на номинальную скорость вращения через несколько рывков по скорости при заметной перегрузке силовых ключей. При этом обнаружить работу такого режима можно только обращая внимание на косвенные признаки, и в частности это отслеживается по наличии в коду последних ошибок преобразователя информации о возникновении ошибки ОС1 или OU.

Таким образом, необходимо учитывать все эти особенности в процессе подключения и настройки работы частотного преобразователя под взаимодействие с системой вентиляции, обеспечивая безотказное функционирование всего оборудование.

Подключаем управляющие сигналы

Как говорилось ранее, наиболее часто среди современных специалистов регулировка работы вентилятора осуществляется через аналоговый сигнал частотного преобразователя, который применяется для того, чтобы задавать нужную скорость, а также через дискретный сигнал, который подается для запуска и остановки работы всего оборудования. Зачастую именно это и представляет собой основную причину отказа большинства современных преобразователей частоты, которые неграмотно подключались или же настраивались перед работой.

Дело в том, что преимущественное большинство моделей современных частотных преобразователей оснащено дискретным входом разрешения работы, который ошибочно определяется во многих инструкциях в качестве входа пуска преобразователя. Если уровень сигнала разрешения работы подачи управляющих импульсов на IGBT неактивен, инвертор полностью перестает функционировать. В связи с этим, если вал электродвигателя вращается, при использовании больших маховых масс оборудование переходит в генераторный режим, вследствие чего возникает неконтролируемый выброс энергии в звено постоянного тока и происходит аварийное отключение работы частотного преобразователя. При этом нередко случается так, что даже кратковременного перевода в неактивное состояние сигнала разрешения работы в процессе работы вентилятора вполне достаточно для того, чтобы двигатель полностью вернул энергию в звено постоянного тока частотника и спровоцировал отказ силовых элементов.

Как решить данную проблему?

Существует два основных варианта того, как решить данную проблему:

· Использовать частотные преобразователи, имеющие функцию плавного замедления при отсутствии разрешения работы;

· Использовать более сложные схемы управления.

В первом случае можно использовать такие частотники, которые имеют параметр определения реакции на пропадание сигнала разрешения работы. Для того, чтобы обеспечить безопасный режим работы замедления вентилятора, в котором используются большие маховые массы, устанавливается значение, при котором происходит полная установка оборудования по заданной траектории в том случае, если пропадает сигнал разрешения работы.

Во втором случае работа частотного преобразователя запускается при нулевом значении задания по скорости, после чего посредством аналогового сигнала внешнего контроллера или же через потенциометр осуществляется плавный разгон вентилятора, пока его скорость не будет равна номинальному значению. Точно так же осуществляется и замедление вращения двигателя через уменьшение аналогового сигнала, а при нулевой скорости сигнал разрешения работы полностью снимается. Конечно, такой вариант является несколько сложнее по сравнению с первым, однако он позволяет добиться гораздо лучших регулировочных характеристик вентилятора.

Подключаем элементы защиты звена постоянного тока

Наиболее серьезной опасностью в процессе работы в генераторном режиме следует назвать увеличение напряжения в звене постоянного тока, вследствие чего для того, чтобы добиться безопасной эксплуатации, в схему электронного привода необходимо будет вводить элементы рассеяния тормозной энергии. Одним из наиболее доступных решений данной проблемы следует назвать применение силовых коммутаторов в комплексе с тормозными резисторами, которыми комплектуется звено постоянного тока.

Таким образом, при возникновении перенапряжения в звене постоянного тока (значение которого устанавливается в процессе программирования) осуществляется открытие силового ключа в тормозном модуле, а также происходит полный сброс энергии на тормозной резистор. Данное действие осуществляется в полностью автоматическом режиме и никоим образом не сказывается на качестве работы привода в вентиляционном оборудовании. Главным достоинством, которым отличается такой подход, следует назвать обеспечение предельно эффективной защиты частотного преобразователя от каких-либо вредных последствий генераторного режима даже тогда, когда будут полностью отключены управляющие сигналы или же будет некорректно настроено время разгона/замедления и т.д.

Выбираем рациональное время разгона/замедления работы частотника

Не следует забывать о том, что после того, как будет снят или же оборван сигнал разрешения работы, при неправильной конфигурации частотника полностью пропадет возможность в управлении ключами инвертора, что обязательно спровоцирует неуправляемый выброс энергии в звено постоянного тока. Однако, если квалифицированный специалист сможет грамотно настроить время разгона/торможения, это обеспечит возможность эксплуатации частотных преобразователей без перегрузок по напряжению и току.

В первую очередь, вам нужно правильно понимать, что время разгона должно значительно превышать время прямого запуска асинхронного двигателя, вследствие чего, к примеру, если вентилятору средней и большой мощности необходимо запускаться в течении пяти секунд, то время разгона частотного преобразователя должно превышать это значение в несколько раз. Если время разгона будет иметь меньшее значение, может возникать не только перегрузка по току, но еще и запуск рывками с возникновением перенапряжения, что уже описывалось выше.

Точно также подбирается и время, в течении которого будет осуществляться остановка двигателя. Для этого нужно будет в процессе пусконаладочных работ при проведении остановки электродвигателя провести измерение величины напряжения в звене постоянного тока.

Используя все вышеуказанные советы и рекомендации, инженер-проектировщики, занимающиеся построением электромеханических вентиляционных систем, смогут минимизировать возможность отказа частотного преобразователя, а также обеспечить оптимизацию работы самого вентилятора.

Компания Plc.ru является одним из самых крупных поставщиков целого ряда различных устройств, предназначенных для автоматизации любых промышленных предприятий и объектов жилищно-коммунального хозяйства от передовых отечественных и мировых производителей. Наличие прямого контакта с заводами-производителями позволяет нам предлагать своим клиентам конкурентную стоимость на всю продукцию, а также гарантировать предельно оперативные сроки ее доставки.

Назад к списку новостей