Можно ли подключить два двигателя к одному частотному преобразователю

Да, два и более двигателя можно подключить к одному частотному преобразователю, но только если они должны вращаться синхронно, с одной частотой, и пускаются и останавливаются одновременно. Частотник выбирают по суммарному току всех двигателей с запасом, режим управления — только скалярный, а каждому двигателю нужна своя тепловая защита.

Когда такая схема оправдана

Групповой частотный привод — один преобразователь частоты на несколько двигателей — применяют там, где двигатели всё равно работают как единое целое:

• рольганги и многоприводные конвейеры, где несколько двигателей двигают одно полотно или ряд роликов;

• группы вентиляторов в одной вентустановке или на градирне;

• вытяжные вентиляторы в теплицах, на фермах, в цехах;

• мешалки, сушилки, печи с несколькими двигателями одного назначения;

• несколько насосов, которые работают параллельно и всегда одновременно.

Выгода — один частотник вместо нескольких: меньше стоимость, места в шкафу и настроек. Но и все двигатели будут работать с одной частотой и остановятся вместе при любой аварии.

Условия, при которых это возможно

Чтобы групповой привод работал надёжно, должны выполняться все условия:

1. Одинаковая частота вращения. Частотник задаёт одну частоту на выходе, поэтому все двигатели будут менять скорость одновременно и пропорционально. Отдельно регулировать каждый двигатель нельзя.

2. Одинаковое номинальное напряжение и частота. Все двигатели должны быть рассчитаны на выходное напряжение частотника, например 380 В / 50 Гц, и соединены по соответствующей схеме — звезда или треугольник.

3. Близкие параметры двигателей. Лучше всего, если двигатели одного типа и мощности. Разные мощности допустимы, но скольжение у них будет разное, и двигатели могут немного отличаться по оборотам.

4. Одновременный пуск и останов. Все двигатели должны стартовать вместе с частотником. Включать дополнительный двигатель на ходу, когда преобразователь уже выдаёт напряжение, нельзя: пусковой ток подключаемого двигателя вызовет аварию по перегрузке по току.

5. Скалярный режим управления (U/f). Векторное управление строит математическую модель одного двигателя и с группой не работает. Автонастройка при нескольких двигателях на выходе тоже невозможна.

6. Отдельная тепловая защита каждого двигателя. Электронная защита частотника видит только суммарный ток и не заметит перегрузку одного двигателя из группы.

Как подобрать частотник для нескольких двигателей

Частотный преобразователь выбирают не по мощности, а по току. Номинальный выходной ток частотника должен быть не меньше суммы номинальных токов всех двигателей с запасом 10–20 %:

I_{\text{ПЧ}} \geq k \cdot (I_1 + I_2 + \dots + I_n), \quad k = 1{,}1 \dots 1{,}2

Запас нужен, потому что при групповом пуске, особенно под нагрузкой, ток кратковременно возрастает, а у частотника есть ограниченная перегрузочная способность (обычно 150 % в течение 60 секунд).

Пример расчёта. Два вентилятора с двигателями 5,5 кВт, 380 В, номинальный ток по шильдику — 11,5 А у каждого.

1. Суммарный ток: 11,5 + 11,5 = 23 А.

2. С запасом 20 %: 23 × 1,2 = 27,6 А.

3. Выбираем частотник с номинальным выходным током не меньше 27,6 А. По мощности это будет модель на 15 кВт, а не на 11 кВт, как можно было бы подумать, сложив мощности.

Кроме тока, учитывайте:

• суммарную длину кабелей. Ёмкости всех моторных кабелей складываются, и при большой суммарной длине частотник может уходить в аварию по току или замыканию на землю. Если кабели в сумме длиннее допустимого по паспорту, ставят моторный дроссель;

• тип нагрузки. Для вентиляторов и насосов достаточно обычного режима, для конвейеров с тяжёлым пуском частотник берут с ещё большим запасом или в исполнении для тяжёлого режима (heavy duty).

Схема подключения и защита каждого двигателя

Двигатели подключают параллельно к выходным клеммам U, V, W частотника. Удобнее всего сделать это через распределительную клеммную колодку в шкафу, от которой к каждому двигателю идёт свой экранированный кабель.

Силовая цепь выглядит так: сеть → вводной автомат → частотный преобразователь → клеммная колодка → для каждого двигателя своя защита → кабель → двигатель.

Защита каждого двигателя. Это обязательный элемент схемы. Электронная тепловая защита частотника рассчитывает перегрев по общему току, и если, например, заклинит один из четырёх вентиляторов, суммарный ток вырастет всего на четверть — частотник этого может не заметить, а двигатель сгорит. Варианты защиты:

• тепловое реле на каждый двигатель, настроенное на его номинальный ток. Контакт реле заводят на вход внешней аварии частотника, чтобы при срабатывании остановить всю группу;

• термисторы PTC в обмотках двигателей — самая надёжная защита, так как контролирует реальную температуру, в том числе при плохом охлаждении на низких оборотах. Термисторы подключают через реле контроля или на вход частотника, если он поддерживает несколько датчиков;

• автомат защиты двигателя с тепловым расцепителем. Учтите, что на выходе частотника его электромагнитный расцепитель может срабатывать некорректно из-за высокочастотной составляющей тока, поэтому выбирайте модели, допущенные производителем для работы с преобразователями частоты.

Контакторы на выходе. Если нужно иногда отключать один из двигателей, контактор ставят на его линию, но коммутировать его разрешается только при остановленном частотнике. Для этого вводят блокировку: при размыкании контактора частотник получает сигнал остановки, а включить контактор можно только при отсутствии напряжения на выходе. Коммутация под нагрузкой выводит из строя выходные транзисторы.

Кабели к двигателям — экранированные, с заземлением экрана с обеих сторон. Подробно о правилах монтажа — в статье «Как подключить частотный преобразователь к электродвигателю: схема и порядок подключения».

Настройка группового привода и типичные ошибки

При настройке частотника на группу двигателей:

• выберите скалярный режим управления U/f; для вентиляторов и насосов — квадратичную характеристику;

• в параметрах двигателя укажите суммарный номинальный ток и суммарную мощность, напряжение и частоту — как у одного двигателя;

• не запускайте автонастройку — с несколькими двигателями она даст неверный результат или завершится ошибкой;

• задайте время разгона с запасом: группа двигателей и механизмов обычно инерционнее одного;

• если используется функция подхвата вращающегося двигателя, проверьте, корректно ли она работает с группой: у части моделей она рассчитана на один двигатель.

Типичные ошибки:

Когда лучше отдельные частотники или каскадное управление

Групповой привод не подходит, если:

• двигатели должны вращаться с разной скоростью или по отдельности останавливаться;

• нужна высокая точность скорости или момента — векторный режим на группе невозможен;

• отказ одного двигателя не должен останавливать остальные;

• двигатели сильно отличаются по мощности, например 0,75 и 15 кВт.

В этих случаях ставят отдельный частотник на каждый двигатель. Для насосных станций есть ещё один вариант — каскадное управление: один частотник плавно регулирует основной насос, а дополнительные насосы включаются напрямую от сети или через устройства плавного пуска по команде этого же частотника, когда основному не хватает производительности. Многие частотники для насосов имеют такую функцию встроенной.

Частые вопросы

Можно ли подключить к одному частотнику двигатели разной мощности? Можно, если они работают синхронно и рассчитаны на одно напряжение. Частотник подбирают по сумме токов, а защиту каждого двигателя настраивают на его собственный ток. Сильно отличающиеся по мощности двигатели лучше не объединять.

Будут ли двигатели вращаться с абсолютно одинаковой скоростью? Не совсем. Частота питания у них одинаковая, но скольжение зависит от нагрузки, поэтому обороты могут отличаться на 1–3 %. Для большинства вентиляторов и конвейеров это не важно. Если нужна жёсткая синхронизация, применяют отдельные частотники с векторным управлением и связью между ними.

Что будет, если один двигатель выйдет из строя? При замыкании в одном двигателе частотник уйдёт в аварию и остановит всю группу. При перегрузке одного двигателя сработает его тепловое реле, которое, как правило, тоже останавливает весь привод через вход внешней аварии.

Сколько двигателей можно подключить к одному частотнику? Ограничение задаёт не количество, а суммарный ток и суммарная длина кабелей. На практике к одному частотнику подключают от двух до десяти и более небольших двигателей, например вентиляторов.

Заключение

Подключить два двигателя к одному частотному преобразователю можно, и для синхронно работающих механизмов это экономичное решение. Главные правила: частотник выбирают по сумме токов с запасом 10–20 %, используют только скалярный режим, ставят отдельную тепловую защиту на каждый двигатель и не коммутируют двигатели при работающем выходе. Если двигатели должны работать независимо, надёжнее поставить на каждый свой частотник.