Режим работы электродвигателей, приводящих в действие вентиляционные системы, отличается от тех, что работают в силовых приводах. В первую очередь оно заключается в том, что нет необходимости удерживать постоянный вращающий момент на валу. Кроме того, разгон, торможение и остановка происходят с меньшей интенсивностью. Поэтому управление вентиляторами осуществляется так называемым скалярным методом, а частотные преобразователи для вентиляторов использующиеся для этого, наиболее конструктивно просты и обладают минимальным набором функциональных возможностей.
Что такое скалярное управление
Прежде чем описывать этот тип управления, стоит остановиться на самом определении «скалярный». В переводе с латинского scalaris – ступенчатый, если прочитать это слово внимательно, то вы увидите еще одно значение – шкала. Этим термином описывается любая величина, имеющая одно фактическое значение. Например, масса, площадь, температура. Если же какому-либо физическому явлению сопутствует еще и направление распространения, то она является векторной величиной. Таковой является, например, так называемая сила, которой в механике Ньютона присвоен знак F. А все потому, что она не может быть не приложена к чему-либо, то есть, имеет направленную, векторную, природу.
Рисунок 1 – график зависимости частоты тока, питающего двигатель, от времени при скалярном управлении
Скалярное управление вентиляторами заключается в отслеживании и поддержании одного параметра – отношения напряжения к частоте (u/f). Если оно будет стабильным, то стабильной будет и величина магнитного потока в зазоре между статором и ротором асинхронного электродвигателя. А как раз она и определяет частоту вращения вала.
Рисунок 2 – изменение частоты тока и амплитуды напряжения при скалярном управлении
Особенностью управления на низких оборотах является необходимость учета сопротивления обмоток статора, вызывающего дополнительное падение напряжения, и изменение заданного соотношения u/f. Поэтому при скалярном управлении частоту питающего напряжения никогда не снижают менее 3 Гц, а максимальный вращающий момент на пуске ограничивают полуторным превышением номинала. Для вентиляторных установок, не испытывающих больших нагрузок в момент раскручивания это вполне нормальное значение.
Существует два способа осуществления скалярного управления:
1. Без датчика скорости вращения (энкодера) вала двигателя.
2. С датчиком вращения.
Скалярное управление без энкодера
Частотные преобразователи для вентиляторов, на валу которых не установлен энкодер, включаются по приведенной ниже схеме.
Недостатком этого метода является то, что не учитывается так называемое скольжение – отставание фазы вращающегося магнитного потока ротора от статора. Возникает оно вследствие электрических потерь, возникающих в воздушном зазоре между этими деталями асинхронного электродвигателя.
Если на валу нет нагрузки, то скольжение близко к нулю, хотя никогда не станет равным ему. В этом случае заданный паттерн – соотношение u/f будет провоцировать перевозбуждение и увеличение частоты вращения. Если возникнет перегрузка и двигатель остановится, то скольжение увеличится, спровоцировав возникновение короткого замыкания в роторе. Однако частотники для вентиляторов, включенные по такой схеме, не отреагируют на изменение, что может привести к аварии всей установки. Обычная ширина диапазона автоматической регулировки частоты вращения находится в пределах от 2 до 3 процентов от номинала, установленного значением u/f.
Диапазон регулирования в схеме без энкодера определяется соотношением 1:40. Например, если на электропривод будет подаваться переменное напряжение с частотой 60 Гц, то минимальным значением частоты является 1,5 Гц.
Скалярное управление с энкодером
При использовании датчика частоты вращения частотные преобразователи для вентиляций включаются по схеме, приведенной ниже.
Недостатком этого способа является сам датчик скорости, технические характеристики которого могут ограничивать максимальную частоту вращения вала. Поэтому диапазон регулирования сужается до соотношения 1:10. А это дополнительно снижает возможности управления вентиляторными установками на малых оборотах. Вращающий момент во время пуска будет еще меньшим.
Достоинства и недостатки скалярного управления
Управление вентиляторами скалярным методом имеет как достоинства, так и недостатки.
В первую очередь, он очень прост и не требует чрезмерно сложных устройств, а также высокой квалификации персонала, обслуживающего вентиляторную установку. Кроме того, один частотный преобразователь может управлять несколькими электродвигателями, суммарная мощность которых не превышает ту, что указана в его паспорте.
Однако этот способ не позволяет реагировать на отклонения от нормы быстро, кроме того, диапазон изменения скоростей вращения вала ограничен. На величину вращающего момента нельзя влиять совсем, для этого требуется векторное управление.
Частотные преобразователи для управления вентиляторами
Большинство производителей силовой электронной продукции выпускают специальные серии частотных преобразователей, для которых управление вентиляторами является узкоспециализированной задачей.
ESQ-210
Выпускается российской компанией «Элком». Управляют одно и трехфазными двигателями мощностью от 0,2 до 3,7 кВт. Предел изменения выходной частоты от 0,1 до 400 Гц.
FS-1
Приборы бренда Toshiba. Управляют только трехфазными электродвигателями мощностью от 0,4 до 300 кВт. Имеют девять режимов работы и возможность подключения к локальным вычислительным сетям для дистанционного управления.
