Как работает реверс на частотном преобразователе

Преобразователь частоты – электронное устройство управления скоростью и моментом электродвигателей переменного тока. Реверс – одна из базовых функций ПЧ, без обратного вращения вала невозможна работа кранов, грузоподъемного оборудования, лифтов, исполнительных механизмов запорно- регулирующей арматуры, обрабатывающих станков и т.д.

Рассмотрим, каким образом работает реверс электродвигателя, другие нюансы реализации функции обратного вращения при помощи преобразователя частоты.

Принцип реверса на частотном преобразователе

Реверс трехфазного двигателя осуществляется изменением порядка чередования фаз. Для вращения в прямом направлении фазы L1, L2 и L3 присоединены к выводам U, V, W, для обратного углового перемещения вала присоединяют вывод фазы к клемме L2 – к U; L1 к V.

В преобразователе частоты это достигается переключением полупроводниковых ключей силовой цепи. Электронный реверс позволяет отказаться от магнитных пускателей с механическими контактами и реле. Кроме того ПЧ позволяет настроить время торможения и разгона при переключении направления вращения, что обеспечивает возможность более частого пуска остановки и реверсирования чем при прямом подключении к сети. Преобразователь частоты также ограничивает ток обмоток при коммутациях, при частых изменениях направления вращения двигатель не так сильно нагревается.

Разгон двигателя при реверсе

При прямом подключении к электросети мгновенное изменение направления вращения вызывает ударные нагрузки на двигатель и подключенные к нему механизмы, кроме того такие коммутации приводят к избыточному нагреву обмоток. Преобразователь частоты осуществляет плавное переключение на пониженном напряжении.

Время разгона с 0 до номинальной заданной скорости в обратном направлении можно задавать в настройках ПЧ. Его величина зависит от условий привода, при этом учитывают инерционность и величину нагрузки. Обычно чем они выше, тем большее время разгона вала выставляют в настройках, иначе защита отключит двигатель из-за превышения тока.

В подавляющем большинстве частотных преобразователей также реализовано управление режимом разгона. Можно задать линейное и S- образное ускорение. В первом случае скорость вала нарастает равномерно от 0 до настроенной величины. Во втором – плавно нарастает до определенного значения, затем ускорение увеличивается, при величине близкой к номиналу – увеличение скорости снижается. Кривая разгона в таком режиме напоминает букву S. При этом уменьшается ударная нагрузка, снижается время достижения номинальной частоты вращения вала при смене направления.

Торможение двигателя при реверсе

Реверсирование не осуществляется мгновенно даже при нулевой паузе, выставленной в настройках. На практике – остановка на несколько миллисекунд все же происходит.

Торможение с остановом перед сменой направления вращения может осуществиться выбегом, в генераторном и динамическом режиме.

В первом случае плавное уменьшение скорости достигается постепенным снижением напряжения до нуля в линейным или S-образном режиме. Вал после полного снятия напряжения с обмоток продолжает вращаться по инерции. При включении обратного вращения возникает ударная нагрузка даже на холостом ходу. Останов выбегом при реверсе допустим только в малоинерционных электроприводах, например в вентиляторных.

Во втором случае торможение с остановом осуществляется переводом двигателя в генераторный режим, при этом в обмотках возникает противоЭДС. На вал двигателя воздействует противоположный момент. Торможение двигателя при реверсе в генераторном режиме – самый распространенный метод. Он применяется в мало-, средне, и тяжелонагруженных приводах. При значительной нагрузке и ограниченном времени торможения в звене постоянного тока преобразователя частоты возникает перенапряжение. В этом случае в конструкцию привода вводят тормозной резистор. На нем рассеивается избыточная энергия, которая вырабатывается в генераторном режиме. В преобразователях частоты с непосредственной связью с сетью применяют торможение с рекуперацией, когда избыток энергии передастся в сеть. В аппаратах со звеном постоянного тока такой метод невозможен.

В последнем случае в режиме торможения с остановом на обмотки двигателя подается постоянное напряжение, которое создает неподвижное магнитное поле. Под его действием вращение ротора замедляется до полной остановки. При этом на валу возникает статический момент. Это свойство позволяет применять метод в грузоподъемном оборудовании, груз удерживается за счет неподвижного магнитного поля при нулевой скорости двигателя. Процесс торможения, останова и удержания постоянным током сопровождается сильным выделением тепла. Чтобы избежать перегрева и уменьшения момента до величины недостаточной для удержания ток в обмотках контролируется преобразователем частоты.

Варианты реализации реверса

В малонагруженных двигателях небольшой мощности можно реализовать жесткий реверс. При этом переключение направления вращения вала электродвигателя осуществляется без видимой остановки. Метод используется в электроприводах оборудования, где требуется высокая скорость реакции на изменение параметров. Пауза при смене направления вращения составляет от 0 до 500 мс.

Мягкий реверс с контролем времени – самый распространенный вариант в промышленных приводах. Время торможения, паузы и разгона вставляют согласно условиям привода, таким образом, чтобы избежать перегрева и отключения ПЧ.

Реверс с контролем момента используют для грузоподъемного и высокоинерционного привода. При торможении перед сменой направления вращения момент на валу в таком режим никогда не равен нулю за счет за счет поддержания необходимой величины тока на обмороках. Такой метод применяют в кранах, лебедках, лифтах и другом грузоподъемном оборудовании, где недопустимо уменьшение момента под нагрузкой в любом режиме.

Практические рекомендации по настройке

В преобразователях частоты VEDA серий VF-51, VF-101 настройка реверса осуществляется в группе параметров F01 «Базовые параметры» и F07 «Управление процессом работы». При наладке вставляют:

• Время, режим разгона и торможения.
• Разрешение на смену направления вращения.
• Режим и параметры останова.
• Ток и длительность удержания вала на нулевой скорости.
• Время паузы при инверсии вращения вала.

В режиме многоскоростного управления с фиксированной частотой вращения вала в каждом профиле направление вращения выбирают в группе настроек F14. Для каждого из режимов предусмотрен реверс.

Параметры подбирают исходя из требований к приводу: скорости реакции, величины нагрузки, необходимости контроля момента и удержания при переходе к вращению в обратном направлении.

В приводах механизмов со значительной инерционностью нельзя выставлять остановку выбегом перед реверсом, при включении инверсии вращения возникает динамический удар. Для лебедок и грузоподъемного оборудования выбирают режим разгона и торможения с поддержанием момента и удержанием при отсутствии вращения вала. Это необходимо для контроля положения груза и предотвращения его падения.

пас мощности и перегрузочная способность ПЧ в реверсивных приводах должны быть достаточным, чтобы выдержать перенапряжения при ограниченном времени торможения. В ряде случаев требуется введение в схему тормозного резистора или тормозных модуля.