Перетворювачі частоти для енергоефективної вентиляції

Преобразователь частоты (VFD) — электронное устройство, управляющее скоростью и крутящим моментом АС-двигателя путем изменения напряжения и частоты питания. Это позволяет точно регулировать скорость вентилятора для эффективного управления потоком воздуха, повышает производительность оборудования, уменьшает потребление энергии и износ механики.

В сочетании с датчиками ОВиК система адаптирует скорость вентилятора к качеству воздуха: когда показатели ухудшаются — скорость увеличивается, когда нормализуются — уменьшается. Так вентиляция обеспечивает достаточный приток свежего воздуха с минимальными затратами энергии.

Строение электродвигателя

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в вращательное движение вала. Вал передает вращательную силу рабочему механизму — например, крыльчатке вентилятора или насосу.

Скорость можно изменять регулятором. Двигатели бывают постоянного (DC) и переменного тока (AC). DC-двигатели имеют встроенный контроллер скорости, а для AC-двигателей нужен внешний контроллер.

Типы внешних контроллеров: трансформаторные, TRIAC-контроллеры, преобразователи частоты.

Каждый тип имеет свои преимущества/ограничения; для AC-двигателей наибольшие возможности дает именно VFD.

АС-двигатель: электрические токи и магнетизм

В статоре размещены катушки. Переменный ток создает вращающееся магнитное поле со скоростью, равной частоте сети. Ротор «следует» за этим полем:

В синхронных двигателях — ротор с постоянными магнитами.

В асинхронных — «беличье колесо»; ток индуцируется полем статора и создает собственное поле.

Токи и поля выделяют тепло. Перегрев — главный враг AC-двигателя: возможны повреждения из-за внутренних коротких замыканий. Помогают датчики температуры TK/PTC, которые VFD может считывать и останавливать двигатель при перегреве.

Технические характеристики АС-двигателя

Напряжение питания [VAC]: 1×230, 3×230 или 3×400 — доступные в сети.

Потребляемый ток [A]: увеличивается со скоростью и нагрузкой; максимальное значение — на шильде.

Мощность [W/kW]: функция напряжения, тока и КПД; указана на шильде.

Скорость [об/мин] и крутящий момент [Н·м]: пример — трактор (низкие об/мин, высокий момент) против болида F1 (высокие об/мин, более низкий момент).

Различные типы контроллеров скорости

Трансформаторные и TRIAC-контроллеры снижают напряжение — и этим уменьшают скорость. Трансформаторные работают ступенчато (≈5 шагов), TRIAC — плавно. Их плюс — простота подключения без настроек.

Преобразователь частоты также обеспечивает плавное регулирование, но управляет сложнее, так что требует первичной настройки параметров и открывает дополнительные логические возможности через входы/выходы.

Преобразователь частоты против TRIAC-контроллера

Ключевое отличие: VFD меняет и напряжение, и частоту. TRIAC снижает напряжение при неизменных 50 Гц, что уменьшает крутящий момент и может привести к остановке двигателя на низких скоростях.

VFD поддерживает U/f = const → оптимизированное напряжение, лучшая энергоэффективность.

На низких скоростях двигатель сохраняет почти полный крутящий момент и работает стабильно.

TRIAC создает «несинусоидальное» напряжение → возможен шум. VFD с ШИМ формирует почти синус, работа тиха.

Увеличение частоты коммутации (параметр 17) уменьшает шум, но может ускорять износ подшипников и повышать EMI.

Как работает преобразователь частоты?

Выпрямитель — меняет AC на DC.

DC-шина — «накопитель» энергии внутри VFD.

Инверторный каскад — преобразует DC обратно в AC с помощью ШИМ на IGBT, формируя почти синусоидальное напряжение.

В отличие от TRIAC/трансформатора, VFD сначала делает DC, а затем «синтезирует» необходимую частоту/напряжение AC.

Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Быстрые комму mindful блоки IGBT в VFD генерируют EMI, что может мешать чувствительной электронике здания. Поэтому важен ЭМС-фильтр, который гасит помехи и обеспечивает соответствие нормам.

Безопасность систем: пожарная сигнализация, освещение, связь, офисная техника.

В коммерческих/промышленных зданиях фильтры часто обязательны для соблюдения стандартов.

Ассортимент преобразователей частоты

Серия Optidrive E3 (Invertek) выделяется простым запуском и настройкой, которые уже оптимизированы для HVAC. Все модели имеют встроенный ЭМС-фильтр категории C1 (EN61800-3:2004).

1 — E2 (инвертор на рейку, IP20): установка в щит; клеммы для внешних сигналов 0–10 В, стандартная панель (5 кнопок, 7-сегм. дисплей). Рекомендуется вентиляция/охлаждение щита.

2 — E6-19 с внешними сигналами (IP66): клеммы для пуск/стоп и 0–10 В; герметичный корпус с ABS и коррозионностойким радиатором; устойчив к УФ, маслам, кислотам; желательно защищать от прямого дождя/солнечного света.

3 — E6-19 с кнопками (IP66): встроенные кнопки, потенциометр скорости, 3-позиционный переключатель «Реверс-Выключено-Вперед», блокирующий выключатель сети; те же преимущества прочного корпуса.

Как выбрать правильный преобразователь частоты?

1 — Напряжение питания: 1×230 В, 3×230 В или 3×400 В — это то, что подается на VFD.

2 — Напряжение двигателя: с шильда — какое напряжение должно подаваться VFD на двигатель (1×230, 3×230, 3×400 VAC).

3 — Ток двигателя [A]: VFD должен обеспечивать ток, больший за максимальный ток двигателя; для нескольких двигателей — суммарный ток + запас < номинала VFD.

Совет: если есть сомнения, выбирайте VFD с большим допустимым током, чем максимальный ток двигателя.