Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – наиболее простой по конструкции, надежный и дешевый тип двигателя для применения в приводах промышленных механизмов и машин. С появлением современных силовых полупроводниковых приборов – IGBT-модулей и GTO-тиристоров, - созданы гибкие и эффективные преобразователи частоты (ПЧ), позволяющие регулировать скорость асинхронных электродвигателей в широком диапазоне с одновременным управлением усилием на валу двигателя.
Правильный выбор ПЧ совместно с двигателем позволяет создать эффективный и долговечный привод для практически любого вида механизмов промышленного или бытового применения.
Большинство производителей ПЧ представляет технические характеристики своих изделий упорядоченно в виде нескольких функционально объединенных разделов:
- Энергетические и выходные характеристики;
- Характеристики источника питания ПЧ;
- Характеристики управления ПЧ;
- Характеристики защитных функций ПЧ;
- Характеристики размещения, транспортировки, хранения.
Описание процедуры подбора частотного преобразователя для конкретного применения имеет смысл представить в той же последовательности.
Выбор преобразователя частоты по энергетическим и внешним характеристикам
Подбор электродвигателя не входит в задачи данного обзора, поэтому будем считать, что проектант имеет исчерпывающую информацию о двигателе и свойствах нагрузки. Когда речь идет о мощности двигателя, подразумевается механическая мощность на валу. Для оценки потребляемой двигателем (входной) мощности, т. е. мощности нагрузки ПЧ, следует учитывать к.п.д. (η) и коэффициент мощности (cos φ) двигателя.
Момент на валу двигателя принято представлять двумя составляющими: статической и динамической. Первая - момент, расходуемый на преодоление сил сопротивления и трения в рабочем механизме. Вторая – момент, расходуемый на преодоление инерции маховых масс самого двигателя, присоединенной трансмиссии и рабочего механизма.
Существует довольно обширный класс промышленных механизмов, в которых момент на валу электродвигателя однозначно связан со скоростью вращения, а пуско-тормозные режимы составляют незначительную часть рабочего цикла. К ним относятся центробежные насосы и вентиляторы, транспортеры, конвейеры, рольганги и т. п. В этих случаях подобрать ПЧ можно по мощности двигателя: паспортная мощность ПЧ (Sпч) должна быть больше или равна мощности, потребляемой двигателем по цепи питания.
Sпч ≥ [k * Pдв] / [η * cos φ]
Здесь Pдв – паспортное значение мощности электродвигателя; k – коэффициент искажений кривой тока ПЧ, учитывающий ШИМ - модуляцию выходного напряжения.
Для преобразователей, предназначенных для работы в составе транспортеров и конвейеров характерна перегрузочная способность до 150%, а в приводах вентиляторов и насосов – до 120%. С учетом этого, в отдельных случаях можно выбирать преобразователь на ступень ниже по мощности.
Подход меняется в тех случаях, когда в нагрузке привода значительную роль играет динамическая составляющая. Это характерно для механизмов с существенно непостоянным моментом инерции рабочей машины или когда режимы разгона, торможения и реверса повторяются часто или существенно ограничены по времени. К таким относятся приводы металлургического и подъёмно-транспортного оборудования, металлообрабатывающих станков, электротранспорта и т. п.
Из двух элементов привода – ПЧ и электродвигателя – второй существенно «крепче» в электротехническом отношении. В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, например, при прямом пуске ток может достигать величины, в 5…7 раз превышающей номинальный, а в отдельных случаях – до 12. Если при этом температура обмоток не превысит установленную, такой режим обходится без последствий. Преобразователь частоты обладает гораздо более скромными возможностями из-за ограничений силовых полупроводниковых приборов. В большинстве моделей ПЧ предельная перегрузка допустима в диапазоне 120…200% по отношению к номинальному току. Поскольку ток двигателя напрямую определяет усилие на валу, то очевидно, что динамические возможности привода будут определяться токоограничением ПЧ. В этих случаях, помимо выбора ПЧ по мощности, обязательна проверка преобразователя по предельному току при выполнении разгона максимальной интенсивности, или наоборот, возможность обеспечения времени разгона при предельном токе ПЧ. Для случая постоянного ускорения можно воспользоваться известными соотношениями для действующего значения предельного тока (Iпр) и времени разгона (∆tр):
Iпр =[k*(Mст +Mдин)*∆n] / [9,55* η * cos φ*√3*Uл]
Mдин = [J*∆n] / [9,55*∆tр]
Здесь: ∆n – приращение скорости в течение переходного процесса (об/мин); Mст – статическая составляющая момента вала двигателя (обычно – паспортное значение номинального момента, н*м); Mдин – динамическая составляющая момента двигателя (н*м); Uл – линейное напряжение, подводимое к двигателю (действующее значение, В); J – суммарный момент инерции всего механизма и двигателя, приведенный к валу двигателя (н*м/сек²).
Если предельный ток Iпр превышает ток ограничения ПЧ, или время разгона ∆tр больше, чем требуемое, нужно выбирать преобразователь стоящий выше по шкале мощностей. Иногда производитель ПЧ указывает допустимое время разгона при предельно допустимом токе - до 60 сек.
Данная публикация носит исключительно ознакомительный характер, подбор датчиков сопряжен со множеством факторов. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для правильного подбора оборудования.
Полный текст статьи можно найти на нашем сайте
Оставляйте комментарии.
Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропускать новые публикации.