1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сервоприводы, шаговые двигатели, регуляторы скорости, частотные преобразователи

1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сообщение Михайло » 05 янв 2013, 10:28

1) Что такое преобразователь частоты (ПЧ)?

Преобразователь частоты имеет варианты названия:
- частотный преобразователь
- "частотник" (разговорное)
- инвертор (не совсем корректное название, навязанное фирмой Хитачи)
- регулятор скорости (этот термин относится не только к ПЧ, но и к тиристорному преобразователю для двигателей постоянного тока)
- VSD-преобразователь (variable speed drive - привод переменной скорости)
- ЧРП (частотно-регулируемый привод; также некорректное название, на самом деле помимо преобразователя в систему ЧРП входит двигатель, датчик, тормоз и даже редуктор или шариковинтовая передача ШВП)

Преобразователь частоты - это силовое устройство на базе полупроводниковых приборов, предназначенное для управления вращением двигателя переменного тока. При этом не нужно путать ПЧ, рассматриваемые в этой теме, с преобразователями частоты 50/400 Гц и другими подобными преобразователями напряжения. Существуют также преобразователи частоты, предназначенные для нагревательных и закалочных установок. У всех этих преобразователей могут быть очень похожие принципы действия, однако их СУ не заточена для управления движением.

Lenze 9300 Vector.jpg

Самые простые преобразователи частоты предназначены для управления трехфазным асинхронным двигателем. Более сложные модели позволяют управлять движением синхронных трехфазных двигателей, линейными, моментными двигателями, а также однофазными асинхронными двигателями и т.п.
Трехфазный асинхронный двигатель - широко распространен в промышленности благодаря своей простоте конструкции и дешевизне. Зачастую ПЧ рассматривают в качестве "мягкого пускателя" или устройства плавного пуска (УПП). Схема подключения двигателя к обычному пускателю:
Подключение пускателя.gif

Схема подключения двигателя к преобразователю частоты очень похожа:
Подключение преобразователя частоты.gif

В обоих случаях устройство подключается к трехфазной сети через автомат или предохранители, к выходным клеммам подключается электродвигатель. Для пуска двигателя используется дискретный слаботочный сигнал, а с выхода можно взять сигнал о перегрузке (ошибке). На самом деле преобразователь частоты не является обыкновенным "мягким пускателем", это более сложное устройство, которое позволяет установить произвольную частоту вращения и оперативно менять ее в процессе работы. Схема подключения преобразователя обычно выглядит сложнее (на рисунке выше представлен самый простейший вариант схемы).
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.
Михайло
Администратор
 
Сообщения: 3333
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: 1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сообщение Михайло » 19 янв 2013, 07:24

2) Какой минимальный набор компонентов необходим для работы преобразователя частоты?

Действительно, даже к самому простому преобразователю частоты производитель предлагает следующую максимальную конфигурацию:
- собственно сам преобразователь (frequency converter, invertor)
- модуль управления (control module)
- панель оператора (operator panel)
- карта памяти (memory card)
- коммуникационная карта (communication card)
- плата подключения энкодера (encoder connection card)
- технологические карты (technology cards)
- автоматический выключатель (main circuit breaker) или предохранители (fuse breaker)
- пускатель (line contactor)
- сетевой реактор/дроссель (line reactor)
- сетевой фильтр (line filter)
- дроссель постоянного тока (DC reactor)
- тормозной блок (brake unit)
- тормозной резистор (brake resistor)
- выходной/моторный дроссель (output/motor reactor)
- выходной фильтр (output filter) или LC-фильтр (LC-filter) или синусный фильтр (sinus filter)
- приспособление для заземления экранов кабелей (screen connection kit)

Модуль управления, панель оператора и карта памяти обычно встроены в преобразователь частоты и являются неотъемлемыми его частями, но это не всегда так. Несмотря на это, панель оператора не является необходимой, так как настройку преобразователя можно осуществлять с помощью компьютера. Необходимость карты памяти определяется производителем, например, для преобразователя серии Sinamics S110 фирмы Сименс карта памяти необязательна, а для серии Sinamics S120 - обязательна.
Обязателен также автоматический выключатель или предохранители. Мне доводилось слышать от одного менеджера продаж, что автоматический выключатель не нужен, так как "ПЧ имеет встроенные защиты от всего, что только можно придумать". Однако это справедливо до тех пор, пока ПЧ исправен. Когда же внутри ПЧ "стреляет коза", то никто уже не может гарантировать срабатывание встроенных защит.
Остальные компоненты не являются обязательными.

Итак, минимальная конфигурация:
- преобразователь частоты,
- модуль управления (может быть встроен в преобразователь частоты),
- автоматический выключатель или предохранители.

Под минимальной конфигурацией следует понимать минимальный набор компонентов, который должен входить в состав любого привода. Это не означает, что для реальных приводов этого набора достаточно. Между тем, имеется достаточно много случаев, когда минимальной конфигурации достаточно! Примером может послужить привод насоса: в большинстве насосных установок минимальной конфигурации достаточно.

В состав рекомендуемой конфигурации я бы включил дополнительно:
- панель оператора (нужно же иногда иметь возможность работать с преобразователем частоты без компьютера, хотя бы узнать код ошибки)
- сетевой дроссель (учитывая невысокое качество наших сетей, дроссель может сгладить нагрузку на сеть)

Необходимость остальных компонентов определяется условиями конкретной задачи.
Михайло
Администратор
 
Сообщения: 3333
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: 1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сообщение Михайло » 19 янв 2013, 08:28

3) Какое минимальное количество подключений необходимо для работы преобразователя частоты?

Преобразователь частоты имеет в самом общем случае:
- зажимы фаз сети L1, L2, L3 или R, S, T;
- зажим заземления со стороны сети PE;
- зажимы фаз двигателя U, V, W;
- зажим заземления двигателя PE;
- зажимы звена постоянного тока (DC-звена);
- зажимы для подключения тормозного блока или тормозного резистора;
- клеммы питания встроенных вентиляторов (обычно ~220 В);
- клеммы питания цепей управления/электроники (обычно =24 В);
- клеммы дискретных входов, в том числе клемма для сигнала "Пуск" (Forward, ON/OFF1);
- клеммы дискретных выходов, в том числе клемма для сигнала "Авария" (Alarm);
- клеммы аналоговых входов, в том числе клеммы для сигнала задания скорости от потенциометра и для сигнала обратной связи;
- клеммы аналоговых выходов;
- клеммы для импульсных/частотных входов, в том числе для подключения энкодера обратной связи по скорости;
- клеммы для импульсных/частотных выходов;
- клеммы или разъемы сетевых интерфейсов для настройки ПЧ и/или для управления в реальном времени.

1. Для настройки преобразователя (без опробования с вращением) достаточно подать питание в цепи управления/электронику. В некоторых преобразователях цепи управления (электроника) преобразователя питаются от силового подключения L1, L2, L3 (R, S, T). У некоторых производителей питание в электронику может бы подано как через отдельные клеммы, так и через сетевые зажимы. При этом необходимо учитывать, что сетевая карта в случае исчезновения питания электроники также перестанет функционировать и связь оборвется, что может быть неприемлемым.
2. Очевидно, что подключение сети и двигателя к преобразователю крайне необходимы для работы привода с вращением.
3. При не подключенном питании встроенных вентиляторов, если они не питаются от цепей управления, через некоторое время произойдет перегрев преобразователя и останов движения с ошибкой.
4. Разумеется, подключение заземления необходимо для безопасности персонала.
5. Для управления преобразователем обычно достаточно двух сигналов - "задание скорости" и "команда ПУСК". Нередко задание скорости является фиксированной (неизменной) величиной и хранится в энергонезависимой памяти преобразователя, поэтому этот сигнал не всегда приходит извне. Оба этих сигнала могут приходить в ПЧ через сетевой интерфейс, либо через дискретные, аналоговые или частотные входы. В самом простом случае команда пуска подается через дискретный вход, а задание скорости - через аналоговый вход от потенциометра.

Таким образом минимальное количество подключений следующее:
- зажимы фаз сети L1, L2, L3 или R, S, T;
- зажим заземления со стороны сети PE;
- зажимы фаз двигателя U, V, W;
- зажим заземления двигателя PE;
- питание встроенных вентиляторов;
- питание цепей управления/электроники;
- команда "Пуск" (через дискретный вход или сетевой интерфейс);
- задание скорости (через дискретные, аналоговые или частотные входы, сетевой интерфейс, либо внутренняя фиксированная уставка).

При этом можно сформулировать рекомендуемые подключения, которые нужно применять дополнительно:
- команда сброса ошибки (reset alarm, через сетевой интерфейс или дискретный вход), берущийся от кнопки "Сброс ошибки";
- выходной сигнал ошибки (alarm), подаваемый на лампу "Авария".

Необходимость остальных подключений зависит от условий конкретной задачи.
Михайло
Администратор
 
Сообщения: 3333
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: 1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сообщение Михайло » 26 янв 2013, 09:59

4) Как можно формировать задание скорости привода?

Задание скорости - это аналоговая величина, которая может измеряться в герцах (Гц), процентах (%) или оборотах в минуту (об/мин). Герцы используются в случае скалярного управления U/f, обороты в минуту - чаще при векторном управлении.
Я насчитал 6 способов задания скорости привода:
1. Задание скорости через аналоговый вход ПЧ. Обычно используется аналоговый вход -10...+10 В или 0-20 мА или 4-20 мА. Преобразователь частоты осуществляет гибкое масштабирование задания скорости, ограничение снизу и сверху. Реверс вращения может осуществляться либо отдельной командой РЕВЕРС, либо изменением знака самого сигнала. При использовании входа -10...+10 В (0-10 В) можно использовать потенциометр для задания скорости.
2. Внутренняя уставка скорости. Задание скорости жестко задано при настройке преобразователя и не меняется в процессе работы. Извне поступает лишь команда ПУСК и преобразователь разгоняет двигатель до фиксированной скорости, запрограммированной в ПЧ.
3. Фиксированные скорости. Эти уставки также хранятся в энергонезависимой памяти преобразователя частоты, а выбор осуществляется обычно через дискретные входы. Обычный преобразователь частоты поддерживает 15 различных скоростей, следовательно можно использовать четыре дискретных входа для определения той или иной уставки (бинарный выбор фиксированных скоростей). Все 15 уставок скорости настраиваются в ПЧ. Некоторые преобразователи позволяют вводить в уставки отрицательные значения, тогда необходимость в подаче отдельной команды РЕВЕРС отпадает. Также некоторые преобразователи позволяют совмещать выбор уставки с командой ПУСК (когда все 4 команды выбора уставки равны логическому нулю, то привод не вращается, когда хотя бы один из сигналов отличается от единицы, то это считается командой ПУСК).
4. Мотор-потенциометр (электронный потенциометр, цифровой потенциометр). Мотор-потенциометр - это устройство прошлого века, используемое для задания скорости тогдашних электроприводов. Мотор-потенциометр представлял собой потенциометр с небольшим электроприводом, который управлялся двумя кнопками "Вперед" и "Назад". Соответственно, при нажатии на кнопку "Вперед" ("Увеличить") задание скорости возрастает, при нажатии на кнопку "Назад" ("Уменьшить") электропривод мотор-потенциометра реверсируется и в итоге частота вращения снижается. В настоящее время необходимость в подобном сложном устройстве отпала, так как появилась функция электронного мотор-потенциометра в преобразователе частоты. Функция позволяет задавать начальное, минимальное и максимальное значение задания скорости, задавать темп увеличения и уменьшения скорости, запоминать текущее задание в энергонезависимой памяти.
5. Задание скорости через сетевой интерфейс. Обычно в таком случае задание скорости формируется в ПЛК или подобном устройстве.
6. Задающий энкодер (100 импульсов на оборот). Положение ручки энкодера определяет текущее задание скорости. Вращая ручку, можно изменять скорость также как при вращении ручки потенциометра. Не каждый преобразователь частоты поддерживает такую функцию.

Для новичков наиболее прост и понятен потенциометр в качестве задатчика скорости. Однако, я бы порекомендовал изучить и использовать чаще фиксированные скорости и особенно мотор-потенциометр. Потенциометр и аналоговый вход не так надежен как дискретные входы и уставки внутри ПЧ.

Представленные выше методы задания скорости актуальны для приводов с регулированием частоты вращения. Существуют также приводы с регулированием положения, крутящего момента и других технологических величин, связанных с изменением скорости (температура, влажность, давление, расход и т.д.). В этих случаях вместо задания скорости в ПЧ вводится задание технологической величины, а задание скорости вычисляется внутри ПЧ встроенным ПИД-регулятором (технологическим регулятором). Как правило, способов задания технологических величин гораздо меньше, чем способов задания скорости. У среднестатистического преобразователя доступно, как минимум, задание величины через аналоговый вход и через сетевой интерфейс.
Михайло
Администратор
 
Сообщения: 3333
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16

Re: 1000 вопросов и ответов по ПЧ

Сообщение Михайло » 19 дек 2015, 09:37

4) Как построить систему позиционирования (систему управления положением, систему управления движением, motion control system)?

Первые шаги:
1. Определить, каким должно быть перемещение оси - абсолютным или относительным?
2. Выбрать энкодер.
3. Определиться с моделью преобразователя частоты и контроллера.
4. Определиться с интерфейсом "контроллер-преобразователь частоты".

Теперь подробнее:
1.
а) Относительное перемещение - самое простое. Не важно, какая в текущий момент абсолютная координата: как только система активировалась (получила питание и т.д.) принимается, что ось находится в нулевой точке.
б) Абсолютное перемещение гораздо сложнее. Как только система получила питание и загрузилась, она должна понять, какая абсолютная координата у оси. Инкрементальный энкодер неспособен дать абсолютную координату без определенных манипуляций. Процедура определения абсолютной координаты называется homing (поиск "дома") - после активации ось должна один раз переместиться "домой" и только после этого можно перемещаться по абсолютным координатам.

2.
а) Если перемещение относительное, то берите любой энкодер с выходами A, B.
б) Если перемещение абсолютное, то энкодер нужен либо абсолютный, либо инкрементальный c выходами A, B, Z или A, B, R. Нулевая (референтная) точка имеет большое значение при осуществлении процедуры homing. К этому инкрементальному энкодеру также дополнительно потребуется конечный выключатель, индуктивный выключатель или другой датчик абсолютного нуля.
Если энкодер абсолютный, то никакого датчика абсолютного нуля не потребуется и сама процедура homing не осуществляется, но такие системы гораздо дороже.

3. Нужно позаботиться, чтобы преобразователь частоты или контроллер умели работать с сигналами инкрементального энкодера (нужны высокоскоростные входы). Про абсолютные энкодеры - отдельный разговор...
а) Чтобы обработать сигналы A и B, достаточно функции высокоскоростного реверсивного счетчика. Если у преобразователя частоты или контроллера имеются высокоскоростные входы, то можно считать, что там есть и нужная эта функция. Если движение осуществляется всегда в одну сторону (нереверсивное), то можно использовать лишь один сигнал A или B.
б) Функции реверсивного счетчика недостаточно, нужен еще функционал, который позволил бы проводить процедуру homing. Некоторые контроллеры и частотники имеют такой встроенный функционал. Например, в контроллере фирмы Сименс S7-1200 требуемый функционал встроен во все модели CPU и бесплатна для использования. Функционал называется Motion control. Возможностей даже больше, чем обычно требуется. Программирования минимум, больше похоже на настройку системы. Программирование сводится к написанию команд типа "переместиться на N миллиметров вперед" и система выполняет команду.

4. Контроллер может управлять преобразователем частоты несколькими способами:
а) Цифровой интерфейс. Это самый гибкий и мощный способ.
б) Аналоговый сигнал (-10...+10 В, 4-20 мА) - это самый простой, понятный и универсальный способ.
в) Частотные сигналы STEP/DIR (шаг/направление). Импульс сигнала STEP перемещает ось на один шаг в направлении, указанном сигналом DIR (допустим 0 - вперед, 1 - назад). Сигналы STEP и DIR должны выдаваться на высоскоростные выходы. Сигнал DIR в некоторых задачах можно выдавать обычным дискретным выходом, либо вовсе не использовать (нереверсивная ось).
г) Частотные сигналы CCW/CCCW (по часовой стрелке/против часовой стрелки). Почти то же самое, что и STEP/DIR. Импульс CCW перемещает на один шаг вперед, импульс на CCCW перемещает на один шаг назад. То есть эти сигналы должны обрабатываться функцией реверсивного счетчика в преобразователе частоты. Один из сигналов может не использоваться (нереверсивная ось).

Частотные сигналы в) и г) называются PTO (pulse train output). У контроллера S7-1200 функционал Motion control ориентирован на эти выходы. С их помощью можно легко управлять шаговыми двигателями.
Михайло
Администратор
 
Сообщения: 3333
Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16


Вернуться в ЭЛЕКТРОПРИВОД

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron