В предыдущей статье мы обсудили группу моментов нагрузки, которые создают сопротивление на валу электропривода, переходим к группе моментов, которые развивает электропривод исходя из своих энергетических возможностей. Продолжим разбирать электромеханическую диаграмму электропривода под управлением преобразователя частоты.
Красная кривая это тепловая кривая электродвигателя (не электропривода в целом) ее называют диаграмма теплового (или номинального) момента электродвигателя. У каждого производителя электродвигателя она своя, более того она своя для каждого типа двигателя, выпускаемого этим производителем. Чем выше класс энергоэффективности (КПД) двигателя при той же самой мощности, чем больше в этом классе его массогабаритные параметры, тем длиннее размер горизонтальной полки тепловой диаграммы в сторону 0-й скорости, а значит выше способность рассеивать избыточное тепло в окружающую среду.
У электродвигателей с низшим классом энергоэффективности IE1 горизонтальной полки может вообще не быть, т.е. снижение допустимого момента начинается сразу со снижением номинальной скорости двигателя. Почему кривая снижается с уменьшением скорости? Потому что скорость вращения крыльчатки падает со скоростью вала двигателя, поток воздуха уменьшается, как следствие ухудшается обдув ребер охлаждения статора двигателя.
Для исключения этого эффекта, применяют опцию принудительного обдува с отдельным независимым двигателем вентилятора. Забегая вперед, замечу что эта опция достаточно дорогая как правило с IP66, сопоставимая со стоимостью маломощных двигателей, а бывает и превышающая ее. В этих случаях по экономическим причинам выгодней поднять мощность электродвигателя на ступень. Активный ток будет такой же, а полный ток он будет потреблять чуть больше чем изначально посчитанный, на разницу величины токов намагничивания, что заведомо ниже погрешности расчётов. При этом вы получите запас по тепловому и максимальному моменту (если мощность ПЧ соответствующую заложите) на всём диапазоне регулирования скорости двигателя.
Следует отметить, что тепловая характеристика для данного случая приведена для класса изоляции F и температуры окружающей среды + 40С, или для класса изоляции H и температуры окружающей среды + 60С. Как вы вероятно догадались, подбирать двигатель нужно так, что бы рабочая точка теплового момента S1, оказалась под тепловой диаграммой для предопределенных циклов движения. Для случаев, когда циклограмма работы заранее неизвестна, или известна, но время движения на одном из участков больше 10 мин, ориентируемся при выборе на точку 2, об этом упоминалось в предыдущей теме моментов нагрузки.
Какие еще существуют опции и способы не перегреть двигатель? Во- первых, термодатчики в обмотке статора, которых несколько видов:
- Биметаллическая пластина или «термоклик», контакты которого замкнуты при нормальной температуре двигателя и разомкнуты при критической.
- Термистор с лавинообразным характером изменения сопротивления в зависимости от температуры. Принцип схожий с термокликом, низкое сопротивление при нормальной температуре двигателя и высокое при критической.
- Термистор с линейным характером изменения сопротивления в зависимости от температуры. Благодаря линейной зависимости, на этом термодатчики можно организовывать помимо аварийного отключения, предупреждения о превышении температуры выше нормы, и даже приблизительно судить о степени нагрузки двигателя, но лучше конечно по активному току.
Во-вторых, математические защиты в прошивке преобразователей частоты - т.н. защита «I²t», учитывающая только время ток и время потребления этого тока, что по сути повторение функции защитного автоматического выключателя, но с большей точностью.
У некоторых производителей существует более продвинутая математическая защита «степень тепловой утилизации двигателя [%]», которая дополнительно учитывает тепловую модель двигателя и скорость на валу двигателя. Последняя защита возможна только в тех случаях, когда производитель преобразователя частоты и электродвигателя один и тот же.
Следует учесть, что математические защиты, в отличие от термодатчиков, не отслеживают температуру окружающей среды и состояние элементов охлаждения. Например, могут быть чем либо (земля, цемент, мука, стружка и т.д.) забиты ребра охлаждения статора, или/и частично или полностью повреждена крыльчатка обдува. В этом случае двигатель спасёт только физический термодатчик в обмотке статора.
Возможно, многие знают, что серво серводвигатели не имеют крыльчатки собственного обдува и ребер охлаждения, хотя последнее решение мне кажется спорным.
Дело в конструкции ротора, который не нужно намагничивать, т.е. его КПД гораздо выше чем у асинхронного привода. Но главное, тепловой момент не падает как у АД со снижением скорости ниже номинальной, а растёт.
Однако, большинство производителей по умолчанию включают в обмотку статора термодатчик, и опционально есть возможность установить вентилятор принудительного обдува.
Обращаю внимание, что значение максимального рабочего момента 129 Нм снизилось по сравнению со случаем асинхронного двигателя 140 Нм, по причине уменьшения момента инерции ротора.