ЧУП та кабель для частотних перетворювачів

Перетворювачі частоти (VFD) є одними з найбільш корисних пристроїв в промисловому світі.  Вони дозволяють змінювати швидкість 3-фазного електродвигуна змінного струму всякий раз, коли поведінка навантаження двигуна, Тобто Пристрій, яким керує двигун, наприклад, насос, вентилятор, конвеєр або токарський верстат, змінює свої вимоги до двигуна. Змінюючи свою вихідну частоту і напругу, VFD дозволяє двигуну змінювати свої обороти у відповідності з цими вимогами.

Чому ця здатність зміни швидкості двигуна так важлива? Двигуни змінного струму (асинхронні) надзвичайно поширені на окремих заводах по виробництву і обробці по всьому світу. Уявіть, що всі ці двигуни можуть обертатися тільки на одній швидкості, навіть коли їх навантаження змінюють свої вимоги і навіть коли змінні процесу - такі як температура, тиск, сила і т. Д. - змінюються. З двигунами, що доставляють продукти з постійною швидкістю, незалежно від нових, мінливих умов, відходи будуть накопичуватися, а енергія буде витрачатися даремно.

Однак при використанні ЧРП швидкість двигуна можна змінити практично миттєво, щоб врахувати зміни навантаження і процесу.  І, як бонус, ЧРП можуть підвищити точність управління процесом, враховуючи їх здатність контролювати швидкості двигуна з точністю до 0,1%.

Доступно декілька типів ЧРП, але конструкція з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) стала найбільш поширеною, оскільки вона добре працює з двигунами, розмір яких варіюється від приблизно половини кінських сил до 500 л. с.  Це також надійно і доступно, і пропонує значну економію електроенергії.  Коли двигун працює на половині своєї максимальної швидкості, він споживає лише близько чверті енергії, необхідної йому на повній швидкості.  У цьому сенсі можна сказати, що VFD являють собою «зелене» інженерне рішення.

Список переваг триває.  ЧРП може забезпечити можливість плавного пуску двигуна, зменшуючи механічні напруги, пов'язані з запуском при повному напрузі.  Іншими словами, двигун може бути збільшений до бажаної швидкості, а не різко кинутий на лінії на повних обертах.  В результаті знижуються витрати на технічне обслуговування і збільшується термін служби двигуна.  Використання VFD також може допомогти уникнути перегріву, який може поступово зруйнувати двигун.

Те, як компоненти системи VFD - привід, кабель і двигун - вибираються, узгоджуються і експлуатуються, впливають на надійність всіх компонентів системи, а також сусідніх систем.  Кабель, що з'єднує ЧРП з двигуном, розташований в центральній частині системи привода, відіграє особливо важливу роль в оптимізації довговічності та продуктивності компонентів системи VFD. 

Кабель повинен витримувати умови експлуатації, викликані самою системою приводу, і в той же час позитивно впливати на термін служби інших компонентів системи привода. 

Чому обирають спеціально розроблений кабель VFD?

Що таке VFD - частотно-керований привід або скорочено ПУП, на ригинале Variable Frequency Drive або VFD

 Як і багато інженерні рішення, ЧРП мають не лише переваги, але й недоліки.  Наприклад, така ж висока швидкість перемикання транзисторів всередині ЧРП з широтно-імпульсною модуляцією, яка може забезпечити різка зміна швидкості двигуна (і забезпечити точне управління процесами), також здатна генерувати небажаний шум в кабелі системи привода.  Електрична енергія, поточна в кабелі, містить частоти до 30 мегагерц.  Якщо ця радіочастотна енергія не міститься в кабелі, вона може випромінювати, заважаючи нормальній роботі довколишнього електронного обладнання, менш надійних або комерційних систем Ethernet, а також простих вимірювальних проводів - навіть ланцюгів, в яких абсолютно нічого немає,  робити з самою системою VFD.

 Це випромінювання шуму іноді буває дуже важко відстежити і усунути, і, ймовірно, це єдина найбільш значна проблема, пов'язана з системами ЧРП сьогодні.  Якщо для управління їм не передбачена належна конструкція екранування кабелю, випромінювання шуму від кабелю системи привода може порушити роботу заводу і заводу.  Крім того, оскільки більш довгий кабель випромінює більше шуму, довжина кабельних трас повинна бути обмежена.  Це, в свою чергу, накладає обмеження на планування заводу.

Навантаження, крутний момент, швидкість і потужність.

Кілька термінів використовуються для опису роботи промислового двигуна змінного струму, керованого ЧРП: навантаження, швидкість двигуна, крутний момент двигуна і номінальна потужність двигуна.

 • Навантаження: пристрій, що двигун повинен приводити в рух або переміщати, яке забезпечує опір повороту двигуна.

 • Крутний момент: сила скручування, яку вал двигуна прикладає до навантаження, сила, яка має тенденцію викликати обертання.  Завдання електродвигуна полягає в тому, щоб розвинути достатню крутящее зусилля для задоволення вимог його навантаження.

 • Швидкість: швидкість обертання вала двигуна, виражена в оборотах в хвилину.

 • Номінальна потужність в кінських силах: максимальна швидкість, з якою двигун може виконувати призначену йому механічну роботу, з урахуванням особливостей конструкції двигуна.  Навантаження на двигуни можна класифікувати по одному з наступних типів:

 • Постійні обертають навантаження: вони включають більшість навантажень, присутніх в загальнопромислових машинах (крім насоси і вентилятори).  Приклади включають в себе загальне обладнання, конвеєри, підйомники, друкарські машини, поршневі насоси, деякі екструдери та змішувачі, поршневі компресори роторні компресори.

 • Змінні навантаження: в основному використовуються в системах зі змінною витратою, наприклад, у вентиляторах і насосах.  Область застосування включає вентилятори відцентрові повітродувки, пропелерні насоси відцентрові насоси, турбінні насоси, осьові компресори та мішалки.

 • Постійні навантаження в кінських силах: найчастіше зустрічаються у верстатобудуванні та в деяких намотувальних верстатах.  Приклади включають в себе котушки з сердечником, намотувальні станки, колісні шліфувальні машини, токарні верстати, великі свердлильні верстати, фрезерні верстати, екструдери з сердечником і розточувальні верстати.  Кожна навантаження в промислових умовах висуває свої індивідуальні, змінюються вимоги до крутному моменту двигуна. 

Ось основні види крутного моменту:

 • Момент відриву: крутний момент, необхідний для запуску навантаження, що рухається з нерухомого стану (зазвичай це більше, ніж крутний момент, необхідний для підтримання руху при його русі).

 • Момент прискорення: момент, необхідний для доведення навантаження до робочої швидкості протягом заданого періоду часу.

 • Робочий крутний момент: крутний момент, необхідний для підтримання руху вантажу, коли він працює на будь-якій швидкості.

 • Піковий крутний момент: максимальний крутний момент, іноді необхідний навантаженням.  Наприклад, крутний момент, необхідний, коли особливо важкий ящик раптово падає на рухомий конвеєр, коли двигун раніше мав справу тільки з невеликими коробками.

 • Утримує крутний момент: крутний момент, необхідний двигуну, коли він служить гальмом, наприклад, коли навантаження рухаються вниз і повинні бути сповільнені.  Ці важливі поняття пов'язані наступною формулою:

 Потужність = швидкість х крутний момент

 За сталої номінальної потужності, коли крутний момент двигуна збільшується, швидкість двигуна знижується, і навпаки.  Перше, що потрібно зробити, щоб правильно зіставити кабель VFD і VFD з двигуном, якому доручено управління заданої навантаженням — це зрозуміти природу і вимоги навантаження.  ЧРП і кабель повинні мати достатню ємність по струму, щоб двигун, на який вони подають харчування, міг в будь-який момент створити необхідний крутний момент, який його навантаження буде вимагати.  Крутний момент двигуна в кінцевому підсумку залежить від струму, що проходить через двигун (у той час як швидкість двигуна залежить від прикладеної до нього напруги).  ЧРП і кабель повинні бути розраховані на двигун виходячи з максимального струму, необхідного двигуном при піковому навантаженні, а не виходячи з міркувань потужності.  Невиконання цієї вимоги може призвести до проблем у багатьох додатках.

Існує ще одна потенційно серйозна проблема з використанням VFD: при неправильно вибраному кабелі хвилі напруги, відбиті від двигуна до VFD вздовж кабелю, можуть створювати надмірно високі на