Особенности подачи питания на преобразователь частоты

Один из важнейших вопросов, касающихся корректной работы преобразователя частоты (ПЧ) – его питание. Рассмотрим различные аспекты питания, защиты и безопасности при подключении преобразователя частоты.

Напряжение и количество фаз

Количество фаз и напряжение питания – взаимосвязанные понятия. Согласно российским стандартам, линейное напряжение в трехфазной сети (напряжение между любыми двумя фазами) должно быть равно 400 В, а фазное напряжение (напряжение между любой из фаз и нейтральным проводом) – 230 В с допуском 10%.

Исходя из этого, преобразователи частоты можно классифицировать по напряжению питания:

Однофазные. У таких преобразователей напряжение питания - 230 В, и для подключения имеются три клеммы: L, N, PE (фаза, нейтраль, заземляющий проводник). Обычно такие ПЧ имеют небольшую мощность – не более 2,2 кВт.

Трехфазные. Для подключения используются клеммы L1, L2, L3, PE (в некоторых моделях – R, S, T, PE). Напряжение питания – 400 В. При этом направление вращения двигателя не зависит от чередования фаз на входе преобразователя.

С универсальным питанием. Такие модели встречаются у некоторых производителей, они имеют трехфазный ввод с возможностью подключения однофазного питания. При этом тип питания нужно указывать в настройках.

В силу физических принципов напряжение питания двигателя на выходе ПЧ не может быть больше напряжения на входе ПЧ. Это следует учитывать при выборе номинального напряжения двигателя и схемы его включения.

Изменение направления вращения двигателя, независимо от напряжения и количества фаз, производится настройками ПЧ либо переключением последовательности фаз на выходе ПЧ.

Следует сказать, что в некоторых странах применяются ПЧ с нестандартными для России напряжениями питания – например, с линейным напряжением 230 В и фазным напряжением 230 и 460 В.

Защита преобразователей частоты по питанию

Несмотря на то, что во всех ПЧ есть внутренняя защита, нужно обязательно устанавливать дополнительную защиту по входу. Как правило, в качестве защиты применяются мотор-автоматы (автоматы защиты двигателя), которые защищают ПЧ от перегрузки и короткого замыкания. Аварийное выключение защитного автомата помогает защитить ПЧ и двигатель от перегрузок, а в некоторых случаях – от пожаров.

В бюджетном случае может быть использован обычный защитный автомат, а солидные производители для защиты своих устройств применяют быстродействующие полупроводниковые предохранители и электронные защитные устройства.

Важным защитным устройством является сетевой дроссель. Он не только подавляет помехи и гармоники высших частот, но и ограничивает скорость нарастания тока короткого замыкания, позволяя надежно отработать внутренней защите. Кроме того, сетевой дроссель увеличивает коэффициент мощности.

Ток защитного устройства выбирается по общим правилам в соответствии с мощностью ПЧ. По тем же принципам выбирается сечение питающего кабеля – при низком сечении возможен его перегрев. Если падение напряжения на кабеле превышает 2%, возможно снижение момента двигателя вследствие понижения напряжения на звене постоянного тока.

Аварийное отключение преобразователей частоты

В некоторых случаях требуется оперативно обесточить преобразователь и электродвигатель. Часто для этого не подходит кнопка штатного останова двигателя. Поэтому применяется система аварийного отключения ПЧ.

Схема питания ПЧ в этом случае основана на магнитном контакторе, через который напряжение поступает на входные клеммы. Контактор включен по классической схеме, имеющей кнопки «Пуск» и «Стоп». В цепь выключения контактора также входят грибовидные кнопки аварийного останова, выключатели различных устройств ограждения, и т.п.

Контактор при сбросе аварийной ситуации и нажатии кнопки «Пуск» подает питание на ПЧ, однако не рекомендуется одновременно с этим запускать двигатель. Запуск двигателя одновременно с подачей питания на ПЧ (если такой метод запуска установлен в настройках) чреват травмоопасными ситуациями и перегрузками при пуске.

Такой способ включения обязателен к использованию в современном промышленном оборудовании, и соответствует правильно выполненным цепям безопасности.

Заземление

В соответствии с правилами заземления, рабочий ток через заземляющий проводник при нормальной работе не протекает, и клемма PE нужна только для подключения защитного заземления, как предписывает ПУЭ.

Как и во всех электронных устройствах, заземление является обязательным не только для обеспечения безопасности, но и для снижения уровня помех при работе ПЧ. Если в электрошкафу установлено несколько ПЧ, то каждый из них должен быть подключен к точке заземления отдельным проводом.

Для снижения помех высокой частоты, вызванных работой ключевых элементов, во всех ПЧ, как правило, имеется встроенный радиочастотный (RFI) фильтр. Его применение улучшает электромагнитную совместимость.

На некоторых объектах, использующих систему питания с изолированной нейтралью (система заземления IT), RFI фильтр необходимо отключить, иначе ПЧ может быть поврежден, а работа системы заземления будет нарушена. В таком случае для уменьшения помех можно в настройках ПЧ уменьшить несущую частоту ШИМ. Это, в свою очередь, увеличит нагрев и уменьшит максимальную выходную мощность ПЧ.