Пресс-центр > Статьи
Статьи
Почему дешевые частотные преобразователи иногда обходятся так дорого
В данной статье автор хотел бы повести сравнение функциональных возможностей частотных преобразователей для асинхронных трехфазных электродвигателей на примере двух серий производства Matsushita: «экономичной» серии VF0 и «полноценной» серии VFCE Compact. Данное сравнение может быть применимо и для частотных преобразоват > елей других производителей, присутствующих на российском рынке. Использование в качестве примера частотных преобразователей Matsushita обусловлено имеющимся опытом их применения в реально разработанных системах управления станками и механизмами. За рамками остаются вопросы их эксплуатации и надежности.
Ряд мощностей для частотных преобразователей обоих серий соответствует диапазону 0,22…4,0 кВт. При выборе преобразователя для привода рабочего вала станка или позиционера при разработке системы управления мы вынуждены, учитывая неизменное желание заказчика сэкономить на стоимости комплектующих по каждой позиции, выбирать между дешевой серией VF0 и более дорогой VFCE Compact. Как правило, при выборе более дешевой серии в результате оказывается, что стоимость «накладных расходов» на интегрирование частотных преобразователей в систему управления на базе программируемого логического контроллера «съедает» или даже превышает разницу в стоимости между частотными преобразователями обоих серий.
Ниже приводятся сравнения отдельных параметров двух серий преобразователей, влияющих на «накладные расходы».
| Серия VF0 | Диапазон и шаг уставки выходной частоты | Серия VFCE Compact |
| 0,5…250 Гц, шаг 0,1 Гц | Серия VFCE Compact предоставляет возможность работы с двигателями номинальной частотой 400 Гц, что иногда встречается даже в оборудовании «гражданского» назначения. Высокое разрешение по выходной частоте позволяет точно синхронизировать моторы при управлении конвейерами. В случае использования VF0 неизбежна замена двигателя номинальной частотой 400 Гц на 50 Гц, даже если он вполне работоспособен. | 0,02…480 Гц, шаг 0,02 Гц |
| Серия VF0 | Тактовая частота преобразователя | Серия VFCE Compact |
| 0,8…1,1…1,6…2,5…5,0 …7,5…10,0…12,5…15,0 кГц | Работа на низких тактовых частотах преобразователя повышает момент мотора на низких оборотах и улучшает процесс трогания при плавном старте, работа на высоких тактовых частотах необходима при высоких выходных частотах для улучшения формы выходного напряжения. В данном случае разработчики VF0 предоставляют пользователю более гибко подстраивать ЧП под режимы работы двигателя (в отсутствие векторного режима). В серии VFCE Compact предусмотрено автоматическое снижение тактовой частоты при перегреве мотора по сигналу термодатчика, VF0 о здоровье мотора не заботится. | 2,0…4,0…8,0…16,0 кГц |
| Серия VF0 | Характеристика V/F | Серия VFCE Compact |
| Линейная, квадратичная | Линейная характеристика V/F обычно используется в приводах с постоянными нагрузками, в группах приводов и иногда в быстрых позиционерах; квадратичная — для управления насосами и вентиляторами. Поскольку момент мотора падает квадратично с частотой вращения, используется компенсация по выходному напряжению на низких частотах (в преобразователях обоих серий). Векторный режим более изощренный и основан на автоматическом определении параметров конкретного присоединенного мотора, он применяется при нагрузках, изменяющихся в широком дипазоне (например позиционер, подающий заготовки разного веса), или при тяжелых условиях старта под нагрузкой. В серии VFCE Compact также есть коррекция компенсации скольжения ротора для устойчивой работы мотора. При применении серии VFCE Compact в векторном режиме удается использовать моторы меньшей мощности и габарита и сохранять высокий момент на малых частотах. | Линейная, квадратичная, векторный режим, режим управления по моменту с ограничением частоты |
| Серия VF0 | Сигналы задания уставки | Серия VFCE Compact |
| 0…5 В, 0…10 В, 4…20 мА | Сравнение вариантов использования входных аналоговых сигналов уставки явно в пользу серии VFCE Compact, что позволяет гибко стыковать ее с различными датчиками или PLC. Особенно следует отметить обнаружение обрыва токовой петли с выдачей дискретного сигнала об обрыве. Не является важным преимуществом для простых «бытовых» применений, но существенно для больших сложных систем управления. | 0…5 В, 0…10 В, –10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА c обнаружением обрыва |
| Серия VF0 | Дискретные сигналы задания уставки | Серия VFCE Compact |
| ШИМ, частота 1… 1000 Гц, разрешение по скважности 1% | Дискретные сигналы задания уставки необходимы для экономичного подключения программируемых логических контроллеров (без использования аналоговых выходов, критично для небольших систем управления), так как обычно имеются ШИМ или ЧИМ дискретные выходы. В данном случае серия VFCE Compact допускает больше вариаций по диапазону и разрешению управляющего сигнала, в серии VF0 разрешение падает с увеличением частоты ШИМ-сигнала. В серии VFCE Compact реализована математическая обработка уставки (множитель и смещение), в серии VF0 масштабирование отсутствует. Поскольку используемые нами малые PLC Matsushita серии FP0 штатно имеют на борту 2 импульсных канала, двухкоординатное управление реализуется вообще без аналоговых выходов в системе. | ЧИМ , 0…3 кГц с разрешением 0,5%, 0…10 кГц с разрешением 0,1 и 0,01% |
| Серия VF0 | Встроенные регуляторы | Серия VFCE Compact |
| отсутствует | Встроенный ПИД-регулятор позволяет для простых процессов обходиться вообще без внешнего аппаратного или программного (в PLC) регулятора, а подключать датчик напрямую к частотному преобразователю. Уставка может быть задана с пульта преобразователя или дискретными сигналами. | PID-регулятор |
| Серия VF0 | Поддержка промышленных сетей и внешних коммуникаций | Серия VFCE Compact |
| отсутствует | Набор сменных коммуникационных модулей обеспечивает как возможность подключения к промышленным сетям, так и к программируемым логическим контроллерам через RS232 (точка–точка) или RS485 (до 16 частотных преобразователей на один порт, протокол LECOM A/B). Был забавный прецедент, когда частотный преобразователь серии VFCE Compact был добавлен в систему управления с подключением по RS232 и модификацией программы PLC, когда никаких свободных входов/выходов на PLC уже не осталось, был только свободный COM-порт. | Модули Profibus-DP, CAN, Interbus-S, порты RS232/RS485 |
| Серия VF0 | Сервисные функции | Серия VFCE Compact |
| отсутствуют | Основным отличием серии VFCE Compact является обширный набор сервисных функций, облегчающих обслуживание и тиражирование в составе систем управления. Среди них возможность хранения 4-х конфигураций частотного преобразователя и их переключения с пульта или внешним сигналом, возможность копирования наборов параметров с помощью штатного съемного пульта (необходимо при замене ЧП или при перенастройке). Через последовательный порт можно подключить PC и в реальном времени настроить параметры частотного преобразователя, сохранив их в файл для документирования и тиражирования. Журнал ошибок позволяет отследить причины сбоев или отказов оборудования. «Экономичная» серия VF0 требует каждый раз потратить время, чтобы сконфигурировать частотный преобразователь со встроенного пульта (и наделать ошибок, дальше их найти и исправить и т.д.) | Хранение 10 кодов последних тревог и ошибок, параметров мотора, 4 конфигураций, данных наработки |
Надеюсь, что приведенный неполный перечень различий в функциональных возможностях даст повод читателю внимательнее подходить к выбору частотных преобразователей для нестандартных задач, и учитывать, как небольшое увеличение цены преобразователя может снизить общую стоимость разработки системы управления.
Журнал «Приводная техника». Август 2003 г.
Автор: В.Л.Полосин, главный инженер, отдел промышленной автоматики,
Промышленная Группа «Приводная Техника».