Двигун і частотний перетворювач: силове підключення

Прошивка бачить двигун як роль, режим і відсоток обертів. Шість шпильок у клемній коробці, чотири жили кабелю, екран і болт заземлення вона не бачить взагалі й помилки там не спіймає. Тому найдорожча помилка в цьому вузлі робиться мовчки: двигун, зібраний у трикутник там, де треба зірка, крутиться, гріється і вмирає, а на дисплеї приводу до останнього нічого немає.

Ця стаття — про силову половину. Сигнальна розділена на дві: сама шина — у статті «Промисловий протокол RS485», а регістри, пресет і налаштування конкретно нашого еталонного приводу — у «Частотник Ennera FCE по Modbus».

Зірка чи трикутник — це вирішує шильдик двигуна#

На шильдику трифазного двигуна стоять дві напруги й дві позначки з'єднання: наприклад 230/400 В Δ/Y. Порядок не випадковий — перша напруга належить трикутнику (Δ), друга зірці (Y).

Це не два режими на вибір. Це одна й та сама обмотка, зібрана двома способами. У трикутнику на кожну котушку припадає повна лінійна напруга, у зірці — менша в √3 (≈ 1.73) разів. Тому й напруги на шильдику відрізняються рівно в √3: 230 × 1.73 ≈ 400.

Правило одне: напруга, яку привід віддає на виході на номінальній частоті, має збігатися з тією напругою шильдика, під яку зібрана обмотка.

Наш еталонний привід switching-vfd-ennera_fce має на шильдику вхід AC 3PH 340–440 В і вихід AC 3PH 0–440 В. Тобто на номінальній частоті він віддає стільки, скільки отримав: живиться від 3×380 — дає на двигун ті самі ~380 В лінійних.

Що буває, якщо переплутати:

• Трикутник там, де мала бути зірка. Кожна котушка отримує напругу в 1.73 раза більшу за розрахункову. Магнітопровід входить у насичення, струм намагнічування підскакує, двигун гріється навіть на холостому ходу. Найгірше тут те, що двигун при цьому крутиться — помилка не заявляє про себе нічим, поки не з'явиться запах.
• Зірка там, де мав бути трикутник. Кожна котушка отримує в 1.73 раза менше. Момент падає, двигун не бере навантаження, привід добирає струм і рано чи пізно спиняється по перевантаженню. Дорого це не коштує, але процес не працює.

У клемній коробці шість шпильок у два ряди: верхній W2 U2 V2, нижній U1 V1 W1. Розкладка навмисно «перехрещена», щоб обидва з'єднання збиралися тими самими трьома перемичками:

• Зірка — одна перемичка через увесь верхній ряд: W2, U2, V2 замкнені разом і утворюють нульову точку.
• Трикутник — три вертикальні перемички: W2–U1, U2–V1, V2–W1.

Фази з приводу в обох випадках приходять на нижній ряд — U1 V1 W1.

Вихід приводу не комутують#

Між приводом і двигуном не повинно бути нічого, що розмикається: ні контактора, ні рубильника, ні автомата, ні реле. І нічого, що вішається паралельно: ні конденсаторів компенсації реактивної потужності, ні варисторів, ні RC-снаберів.

Чому:

• Розрив під навантаженням. Обмотка — це індуктивність, і привід жене в неї не синус, а широтно-імпульсну модуляцію. Розрив кола зі струмом в індуктивності дає дугу на контактах і кидок напруги, який вертається у вихідний каскад приводу.
• Замикання на розкручений двигун — ще гірше. Двигун, що обертається за інерцією, сам працює генератором, і його ЕРС у момент замикання не збігається за фазою з тим, що видає привід. Для приводу це майже коротке замикання на виході.
• Конденсатори й снабери для високої частоти комутації — низький опір, тобто постійне перевантаження вихідного каскаду без жодної аварії, за якою це було б видно.

Пуск, стоп і зміна обертів ідуть тільки командою приводу: керуючим словом по Modbus або сухим контактом на дискретні входи S1..S5. Тоді привід сам гальмує двигун за своєю рампою й знімає напругу з виходу, коли струму вже немає.

Розмикач у схемі потрібен — просто не в цій ділянці:

• рубильник або автомат ставлять перед приводом, на його вході;
• якщо розмикач потрібен саме між приводом і двигуном (сервіс, ремонт), він має бути з допоміжним контактом, який спершу зупиняє привід, і лише потім розмикає силові полюси.

Кабель до приводу й до двигуна#

У кабелі від приводу до двигуна йдуть чотири жили — три фази U V W і PE — під спільним екраном. Це найвужче місце саме в нашій системі: у нашій же базі знань частотник записаний у джерела перешкод. Стаття про контролер WT32-ETH01 називає VFD поруч з індукційними плитами як причину, чому Wi-Fi зникає, — а стоїть цей привід у тому самому щитку, що й шина датчиків.

Звідси одне правило прокладання, яке зводить докупи вимоги трьох статей бази:

1. Кабель від приводу до двигуна — окрема траса. Не в одному лотку, не в одній гофрі й не в одному гермовводі з сигнальними лініями: давачами температури, RS485, кнопками, живленням контролера. «Збирання контролера» вимагає рознести силову частину й слабкострумові дроти — тут ця вимога головна, бо привід випромінює не на частоті мережі, а на частоті комутації.
2. Перетинати сигнальні лінії — під прямим кутом. Довгий паралельний хід поруч — найгірший з можливих варіантів.
3. Свій гермоввід. Через одну гайку силовий і сигнальний кабелі не заводять: wiring-gland-pg_ip68.
4. Довжина — мінімальна з можливих. З довжиною ростуть і ємнісний струм екрана, і відбиття імпульсів на клемах двигуна. Гранична довжина кабелю до двигуна є в паспорті приводу; у нашого еталонного паспорта немає (див. нижче), тому єдина чесна порада — не робити запасу «щоб потім вистачило».

Що брати з каталогу:

• Привід → двигун. Потрібне чотирижильне виконання (три фази + PE), бажано екрановане. Гнучкий wiring-cable-pvs_flexible тримає перегин і рух, але екрана не має: без екрана трасу ведуть у заземленій металевій трубі чи рукаві, який працює екраном замість нього.
• Всередині щита — wiring-cable-pv3_panel.
• Гаряча зона (кабель проходить біля парогенератора чи обв'язки ТЕНів) — wiring-cable-silicone_stranded, бо ПВХ там пливе.

Переріз рахують за номінальним струмом двигуна з шильдика, довжиною траси й способом прокладання. Наш еталонний привід віддає 5.1 А, але це струм приводу, а не вашого двигуна: цифру для перерізу беруть із шильдика двигуна, а не зі статті.

Екран і PE: два протилежні правила в одному щитку#

Правила екранування силового й сигнального кабелю протилежні, і це не помилка в одній зі статей:

• Екран кабелю до двигуна притискають з обох боків — і на приводі, і на двигуні. Коротко й по колу: притискна скоба, EMC-хомут або металевий гермоввід, а не скручений у дротик «хвостик».
• Екран сигнального кабелю садять на GND лише з одного боку, біля контролера — так, як вимагає стаття про давачі температури.

Причина в тому, що екрани роблять різну роботу. На сигнальній лінії екран струму не несе, і друге з'єднання лише створює контур землі — саме те, від чого екран мав захистити. На кабелі до двигуна екран є частиною кола: через ємність «жила–екран» у нього тече високочастотний струм комутації, і йому потрібен короткий зворотний шлях до приводу. Лишите один кінець вільним — цей струм повернеться чим завгодно іншим: конструкцією апарата, підшипниками двигуна, землею сигнальних кіл.

Заземлення:

• Привід — своєю клемою PE на шину заземлення щита. Не «через кріплення до DIN-рейки».
• Двигун — жилою PE того самого кабелю, на ту саму шину. Не окремим дротом до найближчої труби чи корпусу апарата: окремий маршрут PE утворює велику петлю, і високочастотний струм піде саме нею.
• Без PE привід не вмикають, навіть «на хвилинку перевірити»: вхідний фільтр приводу штатно зливає частину струму на корпус, і без заземлення цей потенціал лишається на корпусі.

Паспорт двигуна — в параметри приводу#

Привід з коробки нічого не знає про ваш двигун. Поки паспортні дані не введені, його тепловий захист рахує перевантаження за той двигун, що стояв у заводських налаштуваннях, — тобто за чужий.

Для switching-vfd-ennera_fce це група C00:

У двигуна з шильдиком 230/400 В Δ/Y стоять два струми — по одному на кожне з'єднання. Вводити треба пару «напруга + струм» того з'єднання, яке ви реально зібрали перемичками. Помилка тут не заважає двигуну крутитися: вона просто зсуває поріг захисту, і з'ясується це вже за фактом.

Er10 «Motor overload» — у якому порядку розбирати#

Er10 — перевантаження двигуна. Код лежить у регістрі C18.16, тобто прошивка читає його по Modbus і показує в контролері: щоб дізнатися, що саме сталося, до щита йти не треба.

Порядок розбору такий, і він не переставляється:

1. Механіка. Заклинювання, перекошений або сухий підшипник, лопать, що впирається в стінку, загусла брага, завеликий момент для цього двигуна. Це найчастіша причина й єдина, де Er10 каже правду буквально.
2. Живлення. Просіла напруга, перекіс фаз, обрив однієї фази на вході приводу. Двигун бере ту саму потужність меншою напругою — тобто більшим струмом.
3. І лише тоді — уставка захисту. Причому перше, що тут перевіряють, — не поріг, а C00.03–C00.05: занижений номінальний струм у приводі дає спрацювання на цілком штатному навантаженні.

Щоб не гадати на другому кроці, є два способи дивитися:

• sensor-current-3phase_pa23 — трифазний перетворювач струму з окремим виходом на кожну фазу. Видно і величину навантаження, і перекіс між фазами.
• sensor-voltage-phase_relay_3ph — реле контролю фаз: обрив, перекіс і чергування, сухим контактом на дискретний вхід контролера, без Modbus.

Обидва ставлять на вході приводу, де струм і напруга мережеві. На виході приводу — широтно-імпульсна модуляція, і показання звичайного перетворювача струму там будуть не тим, чим здаються.

Гальмування при реверсі: «гойдалка» й гальмівний резистор#

У прошивці є режим мішалки mix_mode = 2 — «гойдалка»: VFD-двигун на ролі «Мішалка» періодично змінює напрям обертання. Період задає параметр osc_interval_s — за замовчуванням 5 секунд, менше однієї секунди прошивка не приймає (це прямо названо захистом від занадто частих реверсів). Поруч ведуться два лічильники: напрацювання приводу у хвилинах і кількість реверсів.

Що фізично відбувається на кожному перевороті. Прошивка не шле «стоп» перед реверсом — вона одразу пише в керуюче слово команду зворотного ходу. Гальмування й розворот — справа самого приводу, за його рампою уповільнення. Поки маса на валу (лопать у повному чані) уповільнюється, двигун працює генератором, і енергія інерції повертається в шину постійного струму приводу. Шина заряджається.

Далі одне з двох:

• у приводі є гальмівний переривач і резистор — надлишок згорає на резисторі теплом, і привід витримує задану рампу;
• резистора немає — привід або розтягує рампу сам (розворот виходить млявим і довшим, ніж задумано сценарієм), або спиняється по перенапрузі на шині.

Коли резистор справді потрібен: велика інерція (важка лопать, повний чан), короткий osc_interval_s, високі оберти. Коли ні: легка мішалка, довгий інтервал і вас влаштовує, що привід гальмує повільніше за задане.

Що перевірити, перш ніж купувати резистор:

1. Чи є в приводу клеми гальмівного резистора й вбудований переривач. На шильдику fce-2.2.3tt3 цього не написано — дивитися треба на самому клемнику. У частини малих приводів переривача немає взагалі, і резистор до них просто нема куди підключити.
2. Опір і потужність — за паспортом приводу для його потужності. Це не та величина, яку беруть на око: занизький опір перевантажує переривач, зависокий не встигає з'їсти енергію. Ніяких «універсальних» номіналів тут не існує, і ця стаття їх не назве.

Дешевий шлях без резистора: збільшити osc_interval_s і подовжити рампу уповільнення в самому приводі, щоб інерція віддавалася повільніше. Обертів це не зменшує — тільки різкість розвороту.

Суміжні статті#

• Промисловий протокол RS485 (Modbus RTU) — друга половина теми: як привід під'єднати до контролера сигнально й що налаштувати, щоб він відповідав на команди.
• Частотник Ennera FCE по Modbus — параметри пульта, регістри керування й стану та розбір кодів ErNN саме для нашого еталонного приводу.
• Електродвигуни та вентилятори — ролі мішалки й вентилятора в сценаріях і режими їхньої роботи.
• Збирання контролера oCBot своїми руками — рознесення силової й сигнальної частин у щитку, з якого виросло правило прокладання вище.
• Давачі температури — протилежне правило екранування для сигнальних ліній і чому воно протилежне.