Ведущий инженер ЗАО "СЕВ-ЕВРОДРАЙФ" А.Г. Доррер

Эта публикация продолжает серию статей о продукции концерна SEW-EURODRIVE.
В предыдущих номерах был дан обзор мотор-редукторов и преобразователей частоты этой фирмы.
Сегодня мы подробнее расскажем о серии преобразователей частоты MOVITRAC ® 07.

1. Введение
По данным статистики, в среднем по всем отраслям промышленности около 90 % управлемых электроприводов работают с небольшим диапазоном регулирования (примерно до 1:20), т.е. не требуют обратной связи по скорости. Поэтому все более широко применяется привод переменного тока, состоящий из стандартного асинхронного электродвигателя и преобразователя частоты. Достоинства такого привода общеизвестны и описаны во многих статьях. В мире сотни фирм выпускают преобразовательную технику, на российском рынке представлены как отечественные производители, так и несколько фирм с мировыми именами.

Чем же отличаются преобразователи частоты производства SEW-EURODRIVE?
I. "Знанием" особенностей электромеханических систем как объекта управления
Фирма SEW-EURODRIVE сама разрабатывает и выпускает полный набор компонентов для промышленных электроприводов: редукторы, электродвигатели и системы управления.
Применительно к преобразователям частоты это значит, что разработчики приводной электроники знают особенности электромеханических систем и учитывают требования к технологическому оборудованию многих отраслей. Параметры двигателей и тормозов уже заложены в память преобразователя.
Преобразователи SEW-EURODRIVE корректно управляют двигателем с электромагнитным тормозом. Это особенно важно в подъемных и транспортных механизмах с точки зрения безопасности.
II. Немецким качеством
Вся приводная электроника изготавливается только в Германии на собственном производстве SEW-EURODRIVE в г. Брухзале.
В 2000 г. этот завод получил национальную награду "Лучшее предприятие по производству электроники".

Основными заказчиками SEW-EURODRIVE являются предприятия следующих отраслей машиностроения: производство подъемно-транспортной техники, оборудования для пищевой, деревообрабатывающей, химической, автомобильной промышленности, производства строительных материалов, упаковочного и металлообрабатывающего оборудования, систем вентиляции и кондиционирования.

2. Технические особенности
Преобразователи частоты серии MOVITRAC ® 07 разрабатывались как универсальные, долговечные и экономичные компоненты для электроприводов самых различных отраслей. В них заложена функциональность, позволяющая расширять сферу применения по мере совершенствования технологии.
Преобразователи MOVITRAC® 07 предназначены для стандартных асинхронных двигателей.
Преобразователи выпускаются в двух исполнениях:
• Для 1-фазной сети 200  240 В.
Рекомендуемая номинальная мощность двигателя от 0,37 до 2,2 кВт
• Для 3-фазной сети 380  500 В.
Рекомендуемая номинальная мощность двигателя от 0,55 до 45 кВт

Во всем диапазоне мощностей преобразователи имеют унифицированную схему подключения, набор параметров, средства диагностики и программное обеспечение.
Удобный ввод в эксплуатацию, параметрирование и диагностика реализуются со встроенной клавишной панели либо с персонального компьютера через бесплатно поставляемую программу MOVITOOLS.

Рис.1 Общий вид преобразователей MOVITRAC® 07

Краткие технические данные приведены в таблице в конце статьи.

Характеристики серии MOVITRAC® 07:

Высокая перегрузочная способность по току.
MOVITRAC® 07 обеспечивает 125 % номинального выходного тока (IН) в продолжительном режиме и 150 % IН в течение 1 минуты. Это свойство позволяет использовать двигатель на 1 габарит больше, чем номинальная выходная мощность MOVITRAC® 07, если нагрузкой является вентилятор или центробежный насос.

Возможность работы в 4-квадрантном режиме благодаря встроенному тормозному прерывателю.
Выходной каскад преобразователей частоты SEW-EURODRIVE выдерживает перегрузки, характерные для транспортных механизмов (преодоление сухого трения в момент трогания) и подъемных механизмов (длительная работа в генераторном режиме при 125% IН, например, при опускании груза).
Далеко не все преобразователи, представленные на рынке, обеспечивают равную мощность как в двигательном, и в генераторном режимах.
В преобразователях на мощности двигателя до 2,2 кВт в радиаторе имеется специальный отсек для установки тормозного резистора. Таким образом, достигается экономия места в электрошкафу и упрощаются монтажные работы.
При этом, как альтернатива, имеется функция торможения постоянным током для 1-квадрантного режима работы. Торможение постоянным током не обеспечивает точной остановки, поскольку тормозной путь зависит от момента инерции нагрузки. Оно не может применяться и при повторно-кратковременных режимах работы, так как приводит к перегреву двигателя. Тем не менее, торможение постоянным током подходит для однократного замедления высокоинерционных нагрузок, таких, как вентиляторы или намотчики.

Управление двигателем со встроенным электромагнитным тормозом.
Алгоритм управления тормозом представлен на Рис.2. Еще до подачи сигнала на отпускание тормоза в обмотки двигателя подается импульс постоянного тока, так называемый импульс предварительного намагничивания длительностью tМ. Магнитная система статора выходит в рабочую точку, и в момент подачи вращающегося поля двигатель сразу развивает полный крутящий момент. В течение времени отпускания и наложения тормоза tB на двигатель подается минимальная частота пуска n1 или остановки n2 соответственно. Такой алгоритм работы гарантирует отсутствие "просадок" подъемных механизмов, позволяет избежать рывков при пуске и остановке, а также сводит к минимуму износ тормоза.

(1) - Сигнал "Разрешение работы"
Время предварительного намагничивания
Время реакции тормоза
n - Частота вращения
n1 - Частота вращения пуска
n2 - Частота вращения остановки
n3 - Заданная частота вращения
(2) - Двоичный выход управления тормозом
(3) - Выходной каскад включен
(4) - Вращающееся поле двигателя

Встроенные защитные и контрольные функции:
 Программная и аппаратная защита от избыточного тока, короткого замыкания в нагрузке, замыкания на "землю", длительной перегрузки, перегрева преобразователя и двигателя (обработка сигнала датчика температуры обмотки)
 Защита двигателя от опрокидывания благодаря плавному ограничению тока при регулировании в диапазоне ослабления поля.
 Контроль частоты вращения и контроль предельной мощности в двигательном и генераторном режимах.
 Память ошибок со всеми рабочими параметрами на момент возникновения неисправности.

Встроенный сетевой фильтр для электромагнитной совместимости согласно европейскому стандарту
EN 55011:
• Преобразователи для сети 1 x 230 В - встроенный фильтр класса B.
Это позволяет применять MOVITRAC 07 в жилых и офисных помещениях;
• Преобразователи 0,55...11 кВт для сети 3 x 400/500 В - фильтр класса A.
При использовании в промышленном оборудовании не требуются дополнительные дорогостоящие сетевые фильтры, которые обычно применяются для подавления помех, излучаемых преобразователями в питающую сеть.

Управление двигателем параметрическое U/f или векторное VFC
Voltage Flux Control (VFC) - алгоритм управления потокосцеплением ротора по вектору напряжения. При использовании VFC управления у привода без обратной связи диапазон регулирования с постоянным моментом превышает 1:100. Также следует отметить, что в режиме VFC пусковой момент достигает 180 % от номинального вращающего момента. Однако для правильного ввода в эксплуатацию в этом режиме требуется знание параметров двигателя, на основании которых преобразователь рассчитывает его модель. Если же используется двигатель SEW-EURODRIVE, то его параметры уже внесены в память преобразователя.

Автоматическая подстройка под двигатель.
Это обеспечивает ввод в эксплуатацию по принципу "Plug and Play" ("Включай и работай") при использовании двигателя, равного по мощности преобразователю.
Таким образом, сокращаются затраты времени на ввод в эксплуатацию.
Как известно, сопротивление медной обмотки статора значительно меняется в зависимости от температуры. За время предварительного намагничивания MOVITRAC® 07 измеряет параметры обмотки, и при каждом пуске корректирует параметры регулирования двигателя.
Благодаря этому обеспечивается стабильность крутящего момента и точность регулирования независимо от нагрузки и температуры окружающей среды.

Встроенный ПИ-регулятор.
С его помощью можно создавать системы автоматического регулирования технологического параметра (давление, расход, температура) без использования внешнего контроллера. Пример такой системы приведен в предыдущей статье.

Встроенная клавишная панель
• Быстрый доступ к часто используемым параметрам с мнемоническими индикаторами,
• 10 светодиодов для индикации режимов работы и выбранных параметров.
• Кнопки "Пуск" и "Стоп" для управления в ручном режиме.
• Встроенный задающий потенциометр для установки частоты вращения или заданного технологического параметра ПИ-регулятора.

Методы формирования уставок
• Программируемые входы/выходы.
• 1 аналоговый вход (0...10 В / 0...20 мА / 4...20 мА),
• 5 двоичных входов, 2 двоичных выхода (1 из них - выход на реле)
• 6 фиксированных уставок скорости или технологического параметра, задаваемых через двоичные входы.
• Внутренний задатчик позволяет реализовать изменение скорости от контактов "Разгон / Торможение". Например, при замыкании контакта "Разгон", преобразователь увеличивает частоту вращения двигателя с заранее заданным темпом. При отсутствии команд на входах задания скорости преобразователь сохраняет последнее заданное значение частоты вращения.
• Системная шина SBus. С её помощью можно соединить в сеть с одним ведущим устройством (компьютер, контроллер или преобразователь серии MOVIDRIVE®) до 64 преобразователей MOVITRAC® 07 в качестве ведомых устройств.
• Встроенный источник питания 24 В для цепей управления.
• Блок сопряжения с датчиком контроля температуры двигателя (терморезистор с положительным температурным коэффициентом, сокращенно ПТК-термистор)

Средства диагностики и дополнительное оборудование
Обзор дополнительного оборудования приведен на рис.3
• Интерфейс RS-485 позволяет подключать персональный компьютер для ввода в эксплуатацию, диагностики и копирования данных.
• Предусмотрена возможность восстановления заводской установки всех параметров.
• Параметры могут быть заблокированы для защиты от неквалифицированного персонала.

Рис.3 Обзор дополнительного оборудования.
ND - Сетевые дроссели для подавления всплесков напряжения в питающей сети.
Являются наиболее эффективным защитным устройством для входных цепей преобразователей.
Сетевые дроссели также применяются для уменьшения зарядного тока при одновременном включении в сеть нескольких преобразователей.
NF - Сетевые фильтры. Уменьшают излучение помех в питающую сеть от преобразователя. Преобразователи до 11 кВт включительно уже оснащены сетевыми фильтрами в стандартном исполнении. Для них не нужно заказывать сетевой фильтр.
UFP11A, UFD11A, UFI11A, UFO11A - Межсетевые интерфейсные шлюзы. Один такой шлюз позволяет управлять одновременно от 1 до 8 преобразователями, объединенными системной шиной SBus, от ведущего устройства промышленной шины ProfiBus, Device Net, Inter Bus или CanOpen. Такая конфигурация существенно сокращает затраты на аппаратную часть промышленной шины.
MOVITOOLS - Бесплатно поставляемое программное обеспечение для ввода в эксплуатацию, параметрирования и диагностики преобразователей частоты и сетевых устройств фирмы SEW-EURODRIVE.
UWS21A - Интерфейсный модуль RS485/RS232 для подключения MOVITRAC®07 к персональному компьютеру.
UBP11A - Модуль памяти для сохранения и передачи полного набора параметров преобразователя
BW - Тормозные резисторы для рассеивания регенеративной мощности в 4-квадрантном режиме работы
HD - Выходные дроссели, уменьшающие уровень электромагнитных помех от неэкранированного кабеля двигателя. Сокращают излучение помех до уровня, соответствующего применению в промышленных условиях.
HF - Выходные фильтры, сглаживающие до синусоидальной формы импульсы широтно-модулированного напряжения на выходе преобразователя. Применение выходного фильтра снимает ограничения на тип и дину кабеля между преобразователем и двигателем. Выходные фильтры, как правило, используются в групповом приводе или при большом расстоянии от электрошкафа до двигателя.

3. Пример применения
Пример применения MOVITRAC® 07 приведен на рис.4.
Транспортная тележка позиционируется по датчикам (в данном примере - по световым барьерам).
Точная остановка обеспечивается переходом на низкую скорость по предварительным датчикам незадолго до заданной позиции.
Преобразователь работает в 4-квадрантном режиме, обеспечивая замедление тележки. Поэтому он оснащен тормозным резистором.

Рис.4 Пример применения MOVITRAC® 07
Для управления преобразователем используются сигналы:
• "Разрешение/Быстрый стоп",
• "Налево"
• "Направо"
• "Первая фиксированная скорость"
• "Вторая фиксированная скорость"
На устройство управления с преобразователя подается двоичный сигнал "Готовность".
Преобразователь самостоятельно контролирует температуру обмоток электродвигателя по встроенному термистору и управляет тормозом электродвигателя.
Параметры движения - темп разгона и замедления, значения фиксированных скоростей могут меняться в широком диапазоне, как при наладке, так и в процессе эксплуатации со встроенной клавишной панели.

Преимущества такого решения по сравнению с двухскоростным электродвигателем:
• Высокая точность позиционирования благодаря более низкой скорости перед остановкой
• Регулируемые ускорение и маршевая скорость
• Уменьшение износа механических узлов редуктора и тележки
• Уменьшение износа тормоза
• Многоступенчатая защита двигателя (контроль по термодатчику, ограничение максимального тока, защита от длительной перегрузки и т.д.)

4. Технические данные

Общие технические данные для всех преобразователей серии MOVITRAC®07
Частота вращения: 0...5550 об/мин с шагом 1 об/мин
Температура окружающей среды при эксплуатации -10....+40 град.С при 125% IH
                                                                           -10....+50 град.С при 100% IH
Температура окружающей среды при транспортировке и хранении -25....+75 град.С
Степень защиты IP20

Преобразователи с питающим напряжением 1х200..240 В, 50/60 Гц

Преобразователи с питающим напряжением 3х380..500 В, 50/60 Гц