ИНЖИНИРИНГ ЗЛЕКТРОПРИВОДОВ

Расчет и выбор комплектных электроприводов и их компонентов

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Широкий спектр продукции, представленной на современном рынке регу­лируемых электроприводов, в сочетании с высокопроизводительными ком­пьютерными средствами автоматизации обеспечивает возможность решения прикладных задач автоматизации любого уровня сложности. Актуальной зада­чей, возникающей сегодня перед проектировщиком систем автоматизации типовых производственных механизмов и технологических комплексов, явля­ется расчет и выбор компонентов комплектных электроприводов машин и комплексов по следующим критериям, определяющим технические и эконо­мические показатели создаваемых систем:

Обеспечение требуемых технических характеристик системы; соответствие международным стандартам и положениям; экономичность принимаемых технических решений; надежность и универсальность;

Устойчивость к внешним факторам, действующим со стороны нагрузки, питающей сети, окружающей среды;

Оптимизация по критериям энерго - и ресурсосбережения; простота в обслуживании и ремонтопригодность.

Тщательная проработка технических решений при первоначальном расчете и выборе комплектного электропривода, как правило, помогает предотвра­тить появление проблем при пуско-наладке и дальнейшей эксплуатации элек­тропривода, а также снизить уровень затрат на внедрение системы.

Приведем общие положения, на которые необходимо обращать особое вни­мание при выборе электропривода переменного тока на базе асинхронного двигателя.

• Выбор номинальной мощности преобразователя частоты по номиналь­ной мощности двигателя не является достаточным. При выборе стандартных приводов в общем случае необходимо осуществлять проверку соответствия номинального тока двигателя номинальному выходному току преобразовате­ля, т. е. соблюдение условия /дв < /пр. Выбор мощности привода, предназначен­ного для механизма с постоянным моментом нагрузки, требует предваритель­ного анализа нагрузочной диаграммы этого механизма в целях проверки спо­собности преобразователя выдерживать ожидаемые перегрузки.

• Учет требуемого рабочего диапазона регулирования скорости двигателя. Ра­бота в области частот выше номинальной (50 Гц), как правило, возможна только при пониженном моменте двигателя, т. е. при Мт < Мт ном = (9550Рдв. ном)/ядв. ном (где Мдв. ном — номинальный момент двигателя, Н м; Ршном — номинальная мощность двигателя, кВт; «дв. ноч — номинальная частота вращения ротора дви­гателя, об/мин). Необходимо также учитывать, что максимальная частота вра­щения ротора определяется параметрами механической части двигателя. При работе двигателя в области низких частот с моментом, близким к номиналь­ному, необходимо учитывать параметры системы охлаждения двигателя. Во избежание перегрева, а следовательно, потерь мощности двигателя в этом режиме требуется использовать принудительную вентиляцию.

• Возможность работы привода в тормозном режиме с отдачей энергии торможения через модуль инвертора на звено постоянного тока. При проекти­ровании приводов подъемно-транспортных машин, устройств размотки мате­риала и прочих механизмов с большим моментом инерции, режим работы которых подразумевает быструю остановку или резкое снижение скорости, необходимо предусматривать тормозные модули (тормозные резисторы) либо модули рекуперации энергии торможения в питающую сеть.

• Учет длины силового кабеля для подключения двигателя. При превыше­нии допустимой длины кабеля требуется предусматривать специализирован­ный фильтр на выходе преобразователя частоты и учитывать дополнительные потери мощности в фильтре и питающем кабеле.

Для надежного функционирования электропривода необходимо обеспечить соответствие параметров питающей сети техническим характеристикам пре­образователя.

Допустимые отклонения номинальных параметров питающей сети. Преобра­зователи частоты, серийно выпускаемые фирмами — производителями при­водной техники, предназначены для эксплуатации в сетях с ограниченными значениями напряжения питания и частоты. Так, например, преобразователи частоты Simovert VC фирмы Siemens могут эксплуатироваться в сетях с следу­ющими рабочими диапазонами трехфазного переменного напряжения: от 200 В -15 % до 230 В +15 %; от 380 В -15 % до 480 В +10 %; от 500 В -15 % до 600 В +10 %; от 660 В -15 % до 690 В +15 %.

Номинальная частота питающего напряжения для данных преобразовате­лей должна лежать в пределах (50/60 Гц) ±6 %.

В некоторых случаях указанные пределы могут быть превышены. Например, питающее напряжение может резко возрасти на конечных участках длинных магистральных линий в вечерние часы и выходные дни, когда отключаются мощные потребители. При питании электроприемников от локальных источ­ников электроэнергии (например, дизель-генераторов) возможно значитель­ное снижение питающего напряжения. При проектировании электропривода необходимо проводить оценку возможных отклонений параметров питающей сети от номинальных.

Искажения в питающей сети. В большинстве случаев частота и напряжение питающей сети находятся в пределах нормы, однако периодически в сети возникают возмущения, которые могут привести к возникновению неисправ­ностей или выходу из строя преобразователя. Для предотвращения таких ситу­аций необходимо обращать внимание на следующие факторы: наличие обору­
дования для коррекции коэффициента мощности сети (так как, например, переключение ступеней конденсаторной установки может вызвать большие броски напряжения, которые часто являются причиной выхода из строя пре­образователей частоты); наличие мощного сварочного оборудования, осо­бенно контактных и высокочастотных сварочных аппаратов; наличие других приводов, полупроводниковых преобразователей электротермических систем и т. д. Современные преобразователи частоты способны выдерживать доволь­но интенсивные возмущения в питающей сети, например броски напряже­ния до 4 кВ. Однако перечисленное оборудование может вызвать более мощ­ные искажения. При невозможности устранения исходных причин искажений в питающей сети необходимо, как минимум, предусмотреть установку вход­ных сетевых дросселей в цепи питания преобразователей, а также ограничите­лей перенапряжений на базе варисторов. Необходимо наличие защиты преоб­разователя от коротких замыканий в сети и устройства грозозащиты.

Сети с изолированной нейтралью. Некоторые промышленные установки предназначены для работы в условиях повышенных требований к электробе­зопасности. Как правило, питание таких установок осуществляется от сетей с изолированной нейтралью. Использование преобразователей частоты в таких сетях возможно только при отсутствии входных помехоподавляющих фильт­ров. При наличии в преобразователе встроенного фильтра подавления элект­ромагнитных помех необходимо удалить конденсаторы фильтра, связанные с корпусом преобразователя. Для предотвращения нежелательных отключений преобразователя от замыкания выходной фазы на землю рекомендуется ис­пользовать устройство защитного отключения (УЗО).

Ограничения режимов со стороны двигателя. В стандартном исполнении асин­хронный двигатель охлаждается с помощью крыльчатки, вращающейся со скоростью вращения его вала. Этот способ охлаждения эффективен при рабо­те двигателя с номинальным моментом при номинальной скорости (зона 1 на рис. 3.8).

При работе в продолжительном режиме на пониженной скорости (зона 3) максимальный момент двигателя ограничен значением, равным 75 % номи­нального момента при нулевой частоте. Допустимый момент увеличивается до уровня номинального при увеличении частоты вращения до 50 % от номи­нального значения. При работе двигателя в данной зоне требуется применение вентилятора независимого обдува. Работа двигателя с увеличенным моментом (зона 2) обычно не продолжительна, так как ограничена перегрузочной спо­собностью преобразователя (обычно 150 % номинального тока преобразователя в те­чение 60 с) и не приводит к перегреву дви­гателя.

Рис. 3.8. Режимы работы системы ПЧ—АД под нагрузкой:

/ — зона работы с номинальным моментом при но­минальной скорости; 2 — зона работы с увеличен­ным моментом двигателя; 3 — зона продолжитель­ной работы на пониженной скорости

Рис. 3.9. Механические характеристики различных Mt нагрузок:

1 — с постоянным моментом, не зависящим от часто­ты; 2 — с переменным моментом, зависящим от час­тоты; 3 — с нелинейной зависимостью момента от ча­стоты

Работа стандартных асинхронных двигате - ^^^^

Лей в диапазоне частоты выше номинальной, %

Как правило, ограничена двойной номиналь­ной частотой вращения двухполюсного двигателя (6000 об/мин) вследствие наличия ограничений со стороны подшипников. Однако в данном режиме про­исходит снижение потока магнитного возбуждения (так как выходное напря­жение преобразователя ограничено значением входного напряжения), что влечет за собой уменьшение максимального момента двигателя пропорцио­нально повышению частоты вращения выше номинального значения. Если обмотки стандартного асинхронного двигателя с параметрами Л/А 380/220 В соединить треугольником (номинальное напряжение двигателя £/д„ ном = 220 В) и питать его через преобразователь частоты с номинальным входным напря­жением 400 В, номинальный момент можно обеспечить на частоте п{ = — 1,73идвном.

Тип нагрузки механизма. Выбор системы преобразователь частоты—двига­тель определяется требованиями, предъявляемыми к диапазону регулирова­ния скорости, и характеристикой нагрузки приводного механизма. Соотноше­ние между частотой вращения п двигателя и моментом нагрузки Мп различно для разных классов машин и механизмов (рис. 3.9). Большинство из них могут рассматриваться как нагрузки с постоянным, не зависящим от частоты вра­щения моментом (прямая 1). Типичным примером таких механизмов являют­ся конвейеры, компрессоры и т. д.

Некоторые механизмы следует рассматривать как нагрузки с переменным моментом, зависящим от частоты вращения (кривая 2). Типичным приме­ром таких нагрузок служат центробежные насосы и вентиляторы. Момент нагрузки этих механизмов пропорционален квадрату частоты вращения, а потребляемая мощность соответственно пропорциональна частоте вращения в третьей степени. Данный факт означает, что снижение частоты вращения двигателя приводит к значительному снижению мощности, потребляемой механизмом, и соответственно обеспечивает экономию электроэнергии, что является основной причиной применения регулируемых электроприводов вен­тиляторов и насосов.

Некоторые механизмы имеют нелинейные зависимости момента нагрузки от частоты вращения (кривая 3). Выбор двигателя для таких механизмов тре­бует предварительного анализа их механических характеристик, так как необ­ходимо обеспечить достаточный запас по моменту двигателя для реализации всех требуемых режимов работы механизма. Отдельного рассмотрения требует режим пуска привода, т. е. выбранный двигатель должен обеспечивать доста­точный пусковой момент и момент, требуемый для ускорения механизма (см. подразд. 3.2.3).