Перетворювачі частоти для енергоефективної вентиляції

Перетворювач частоти (VFD) — електронний пристрій, що керує швидкістю та крутним моментом АС-двигуна шляхом зміни напруги та частоти живлення. Це дає змогу точно регулювати швидкість вентилятора для ефективного керування потоком повітря, підвищує продуктивність обладнання, зменшує споживання енергії та знос механіки.

У поєднанні з датчиками ОВіК система адаптує швидкість вентилятора до якості повітря: коли показники погіршуються — швидкість зростає, коли нормалізуються — зменшується. Так вентиляція забезпечує достатній приплив свіжого повітря з мінімальними витратами енергії.

Будова електродвигуна

Електродвигун перетворює електричну енергію в обертальний рух вала. Вал передає обертальну силу робочому механізму — наприклад, крильчатці вентилятора чи насосу.

Швидкість можна змінювати регулятором. Двигуни бувають постійного (DC) і змінного струму (AC). DC-двигуни мають вбудований контролер швидкості, а для AC-двигунів потрібен зовнішній контролер.

Типи зовнішніх контролерів: трансформаторні, TRIAC-контролери, частотні перетворювачі.

Кожен тип має свої переваги/обмеження; для AC-двигунів найширші можливості дає саме VFD.

АС-двигун: електричні струми і магнетизм

У статорі розміщено котушки. Змінний струм створює обертове магнітне поле зі швидкістю, що дорівнює частоті мережі. Ротор «слідує» за цим полем:

У синхронних двигунах — ротор із постійними магнітами.

В асинхронних — «біляче колесо»; струм індукується полем статора і створює власне поле.

Струми та поля виділяють тепло. Перегрів — головний ворог AC-двигуна: можливі пошкодження через внутрішні короткі замикання. Допомагають датчики температури TK/PTC, які VFD може зчитувати й зупиняти двигун при перегріві.

Технічні характеристики АС-двигуна

Напруга живлення [VAC]: 1×230, 3×230 або 3×400 — доступні в мережі.

Споживаний струм [A]: зростає зі швидкістю та навантаженням; максимальне значення — на шильді.

Потужність [W/kW]: функція напруги, струму та ККД; вказана на шильді.

Швидкість [об/хв] та крутний момент [Н·м]: приклад — трактор (низькі об/хв, високий момент) vs болід F1 (високі об/хв, нижчий момент).

Різні типи контролерів швидкості

Трансформаторні та TRIAC-контролери знижують напругу — і цим зменшують швидкість. Трансформаторні працюють ступенево (≈5 кроків), TRIAC — плавно. Їхній плюс — простота підключення без налаштувань.

Частотний перетворювач також забезпечує плавне регулювання, але керує складніше, тож потребує первинного налаштування параметрів і відкриває додаткові логічні можливості через входи/виходи.

Перетворювач частоти vs TRIAC-контролер

Ключова різниця: VFD змінює і напругу, і частоту. TRIAC ріже напругу при незмінних 50 Гц, що знижує крутний момент і може спричинити зупинку двигуна на низьких швидкостях.

VFD підтримує U/f = const → оптимізована напруга, краща енергоефективність.

На низьких швидкостях двигун зберігає майже повний крутний момент і працює стабільно.

TRIAC створює «несинусоїдальну» напругу → можливий шум. VFD із ШІМ формує майже синус, робота тиха.

Підвищення частоти комутації (параметр 17) зменшує шум, але може пришвидшувати знос підшипників і підвищувати EMI.

Як працює перетворювач частоти?

Випрямляч — змінює AC на DC.

DC-шина — «накопичувач» енергії всередині VFD.

Інверторний каскад — перетворює DC назад у AC за допомогою ШІМ на IGBT, формуючи майже синусоїдальну напругу.

На відміну від TRIAC/трансформатора, VFD спершу робить DC, а потім «синтезує» потрібну частоту/напругу AC.

Електромагнітна сумісність (ЕМС)

Швидкі комутатори IGBT у VFD генерують EMI, що може заважати чутливій електроніці будівлі. Тому важливий ЕМС-фільтр, який гасить перешкоди та забезпечує відповідність нормам.

Безпека систем: пожежна сигналізація, освітлення, зв’язок, офісна техніка.

У комерційних/промислових будівлях фільтри часто обов’язкові для дотримання стандартів.

Асортимент перетворювачів частоти

Серія Optidrive E3 (Invertek) вирізняється простим запуском і налаштуванням, які вже оптимізовані для HVAC. Усі моделі мають вбудований ЕМС-фільтр категорії C1 (EN61800-3:2004).

1 — E2 (інвертор на рейку, IP20): встановлення в щит; клеми для зовнішніх сигналів 0–10 В, стандартна панель (5 кнопок, 7-сегм. дисплей). Рекомендується вентиляція/охолодження щита.

2 — E6-19 із зовнішніми сигналами (IP66): клеми для пуск/стоп і 0–10 В; герметичний корпус із ABS і корозійностійким радіатором; стійкий до УФ, мастил, кислот; бажано захищати від прямого дощу/сонця.

3 — E6-19 з кнопками (IP66): вбудовані кнопки, потенціометр швидкості, 3-позиційний перемикач «Реверс-Вимк-Вперед», блокувальний вимикач мережі; ті ж переваги міцного корпусу.

Як вибрати правильний перетворювач частоти?

1 — Напруга живлення: 1×230 В, 3×230 В або 3×400 В — це те, що подається на VFD.

2 — Напруга двигуна: з шильди — яку напругу має подавати VFD на двигун (1×230, 3×230, 3×400 VAC).

3 — Струм двигуна [A]: VFD має забезпечувати струм, більший за максимальний струм двигуна; для кількох двигунів — сумарний струм + запас < номіналу VFD./

Порада: якщо є сумніви, обирайте VFD із більшим допустимим струмом, ніж максимальний струм двигуна.