ПОНЯТИЕ ПРИВОДА С ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ (ППЧВ)

Перевод выполнил магистрант гр. АУП-06М Орлянский А.А.

Доскональное понимание того, насколько ППЧВ соответствует ведомой нагрузке, является необходимым условием его успешного применения.

При правильном применении, привод с переменной частотой вращения (ППЧВ) является наиболее эффективным средством управления электродвигателями в промышленности на сегодняшний день. Современные ППЧВ доступны и надежны, обладают гибкостью управления и предлагают существенное энергосбережение путём значительного уменьшения счетов за электроэнергию.

Они широко применяются в различных агрегатах по ряду причин. Например, они являются наиболее эффективным средством энергосбережения в насосных и вентиляторных установках; они увеличивают производительность процесса, особенно в случае регулирования. ППЧВ обеспечивают возможность плавного пуска, что уменьшает электрические нагрузки и перепады напряжения в линии, связанные с пуском двигателя при номинальном напряжении, особенно в случае агрегатов с высоким моментом инерции.

Для получения четкого понимания должного и наиболее эффективного применения ППЧВ необходимо знание как основной теории ППЧВ, так и практической технологии.

Основная теория ППЧВ

Применение ППЧВ в конкретной установке не вызывает затруднений, если известен характер нагрузки. Проще говоря, ППЧВ должен иметь достаточную допустимую нагрузку по току двигателя, чтобы он мог развивать требуемый момент. Необходимо учитывать, что вращающий момент механизма не зависит от скорости двигателя и что мощность увеличивается линейно с частотой вращения.

Установки с ППЧВ можно разделить соответственно характеру нагрузки:

Нагрузки с постоянным моментом. Этим типом нагрузки представлено 90% промышленных агрегатов, кроме насосов и вентиляторов. Примеры данного типа нагрузок включают лебедки, конвейеры, печатные станки, поршневые насосы, некоторые миксеры и экструдеры, поршневые компрессоры, ротационные компрессоры.

Нагрузки с постоянной мощностью. Эти нагрузки наиболее часто встречаются в обрабатывающей промышленности. Примеры таких нагрузки включают подъемные машины, колесные дробилки, большие сверлильные станки, токарные станки, строгальные станки, бурильные машины.

Традиционно, нагрузки данного типа были представлены агрегатами с приводами постоянного тока. Теперь, агрегаты с приводом постоянного тока могут приводиться в движение высокоэффективным ППЧВ.

Нагрузки с переменным моментом. Подобные нагрузки чаще всего встречаются в агрегатах с переменным потоком, таких как вентиляторы и насосы. Примеры таких агрегатов включают включают вентиляторы, центробежные вентиляторы, центробежные насосы, осевые насосы, турбонасосы, мешалки и осевые компрессоры. ППЧВ предлагает широкие возможности энергосбережения при управлении такими нагрузками, потому что мощность пропорциональна кубу частоты вращения, а вращающий момент – её квадрату. Например, если частоту вращения двигателя снизить на 20 %, его мощность снизится по кубической зависимости или на 51 %. Также поставщики электроэнергии часто предлагают субсидии клиентам, вкладывающим средства в технологию ППЧВ для их установок. Многие производители ППЧВ имеют доступные клиентам бесплатные программы, позволяющие вычислять и документировать потенциальное энергосбережение при использовании ППЧВ.

Выбор ППЧВ по нагрузке

Как подобрать двигатель ППЧВ для установки и быть уверенным в том, что это заработает? Сначала необходимо понять требования (характер) нагрузки. Также необходимо понимать различие между мощностью и вращающим моментом. Как электрики, мы склонны думать о нагрузках как о расчетной мощности вместо оценок вращающего момента. Когда в последний раз Вы измеряли что – либо, основанное на вращающем моменте? Таким образом, вращающий момент и мощность должны быть тщательно рассмотрены.

Вращающий момент – приложенная сила, которая может производить вращение и измеряется в фунтах – футах или в фунтах. Все нагрузки имеют требование по вращаещему моменту, которому должен соответствовать двигатель. Он должен развивать момент, достаточный для нагрузки.

Мощность (л.с.) – мера времени, за которое делается работа. Одна л.с. - сила, необходимая для перемещения 33 000 фунтов на 1 фут за 1 минуту. Если Вы хотите сделать работу быстрее, возьмите больше лошадей!

Ниже приведены основные уравнения, которые помогут Вам понять связь между мощностью, моментом и частотой вращения.
 

Мощность (л.с.) = (Вращающий момент x Частота вращения)/5250
Вращающий момент = (л.с. x 5250) / Частота вращения

В качестве примера, электродвигатель мощностью 1 л.с. при 1800 оборотах в минуту развивает 2.92 фунта – фута вращающего момента.

Узнайте требования нагрузки по вращающему моменту. Каждая нагрузка имеет различные требования по вращающему моменту, которые изменяются в зависимости от режима работы; они должны обеспечиваться двигателем через ППЧВ. Вы должны иметь четкое представление об этих моментах.

Критический момент: момент, необходимый для приведения нагрузки в движение (обычно больше чем момент, требуемый для поддержания движения).

Момент ускорения: вращающий момент, требуемый для выведения нагрузки на рабочую скорость за определенное время.

Вращающий момент работающего двигателя: момент, требуемый для поддержания движения нагрузки на всех частотах вращения.

Пиковый момент: случайный пиковый момент, требуемый нагрузкой.

Момент удержания: вращающий момент, развиваемый в режиме торможения двигателем, как в случае нагрузок с движением вниз и механизмов с высоким моментом инерции.

Практические указания

Приведенные ниже указания помогут согласовать ППЧВ и двигатель.

1. Необходимо определить рабочий режим нагрузки, для которой предполагается применение ППЧВ. Также нужно рассмотреть каждый из моментов, рассмотренных выше. В этом может помочь регистрирующий среднеквадратический амперметр, позволяющий снять текущую характеристику двигателя во всех эксплуатационных режимах. Необходимо получить наиболее высокие "пиковые" значения при самых тяжелых режимах. Кроме того, необходимо узнать, работал ли двигатель при перегрузке путем оценки токовой характеристики при полной нагрузке. Перегруженный двигатель на пониженной частоте вращения может сгореть в результате роста температуры, что обусловлено ухудшением охлаждения на более низких скоростях.

2. Нужно определить, почему режим нагрузки должен изменяться. Зачастую ППЧВ применяется там, где достаточно устройства плавного пуска – понижающего регулятора напряжения. Потребность в ППЧВ должна основываться на возможности изменения частоты вращения в случае необходимости. В механизмах, где требуется однократное изменение скорости, применение ППЧВ нецелесообразно.

3. Подбирать ППЧВ для двигателя следует исходя из требований максимального тока при пиковых моментах. Не следует подбирать ППЧВ, основываясь на оценке мощности. Помните, максимальная нагрузка, приложенная к двигателю со стороны механизма, должна быть отработана ППЧВ.

4. Необходимо оценить возможность требуемой перегрузки ППЧВ. Знайте, что рабочие характеристики двигателя (например, момент троганья) основаны на возможностях используемого ППЧВ и величине магнитного потока, который он может производить. В зависимости от типа нагрузки и ожидаемого рабочего цикла, может потребоваться перегрузка ППЧВ.

Основные технические требования ППЧВ

Существует множествотребований, связанных с двигателями, но наиболее важными являются следующие:

Величина длительно допустимого тока. Это – максимальное среднеквадратическое значение тока, при котором ППЧВ может безопасно работать во всех эксплуатационных режимах при неизменной температуре окружающей среды (обычно 40оC). Токовые синусоиды двигателя не должны превышать это значение.

Величина тока перегрузки. Это – обратная время - токовая характеристика, показывающая максимальный ток, производимый ППЧВ втечение заданного временного интервала. Типичные значения составляют 110 – 150% ток в течение 1 минуты, в зависимости от производителя. Более высокие токи могут быть получены путем перегрузки ППЧВ. Эта оценка очень важна при выборе ППЧВ по пусковому току двигателя, необходимого для развития критического момента.

Напряжение сети. Как и с любым устройством управления двигателем, рабочее напряжение должно быть определенным. ППЧВ разработаны для работы на некотором номинальном напряжении, 240 или 480 В переменного тока с допустимым отклонением 10 %. Большинство пускателей будет работать и вне этого 10% отклонения, но ППЧВ не будет и перейдет в режим защитного отключения.

Важные замечания

Если Вы отвечаете утвердительно на любой из следующих вопросов, будьте осторожнее в выборе ППЧВ и его набора уставок.

1) ППЧВ будет управлять больше чем одним двигателем? Тогда необходимо вычислить полные пусковые токи всех двигателей под нагрузкой в худших эксплуатационных режимах. ППЧВ должен выбираться на основании максимального требуемого тока. Дополнительно должна быть предусмотрена индивидуальная защита для каждого двигателя.

2) Будет ли нагрузка двигаться или вращаться при включении ППЧВ? Это наиболее типичная ситуация для вентиляторных установок. Если сначала включается ППЧВ, то он начинает работать на низкой частоте и напряжении и постепенно линейно увеличивает их сообразно заданной скорости. Если же нагрузка движется, то произойдет её рассинхронизация с ППЧВ. ППЧВ будет пытаться привести двигатель к более низкой частоте, что потребует высоких значений тока, вызывающих защитное отключение. Поэтому производители ППЧВ предлагают двигатели с возможностью синхронизации с вращающейся нагрузкой; такой ППЧВ линейно изменяет параметры при любой частоте.

3) Будет ли происходить переключение источника питания во время работы ППЧВ? Это происходит во многих зданиях, таких как больницы, где нагрузки переключаются на резервные генераторы в случае отключения электричества. Некоторые двигатели смогут продолжить работу при кратковменном отключении электричества, в то время как другие не смогут.

4) Предполагает ли нагруза тяжелый пуск? В этом случае при нажатии кнопки “Пуск” в здании тускнеет освещение. Помните, ППЧВ может производить ограниченное количество сверхтока в единицу времени. Такие нагрузки могут потребовать перегрузки ППЧВ по току для более высоких текущих требований.

5) Являются ли пуск и остановка критическими? Некоторым агрегатам требуется резкий пуск или остановка. В любом случае, от привода требуются большие токи. Снова может потребоваться перегрузка ППЧВ.

6) Имеются ли подключаемые или существующие конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности на предполагаемой нагрузке двигателя? Переключение конденсаторных установок компенсации реактивной мощности обычно производит всплески мощности в системе распределения. Это может повредить ППЧВ. Поэтому в таких агрегатах может потребоваться применение разделительного трансформатора или реактора.

Компенсация реактивной мощности в установках, оснащенных ППЧВ, не требуется, поскольку сам ППЧВ делает это, используя постоянный ток в промежуточном звене, который затем инвертируется в переменный ток, поступающий на двигатель. Все производители предупреждают против монтажа конденсаторов на выходе ППЧВ.

(Оригинал статьи)

Биография

Автореферат

Ссылки

Отчет о поиске

Библиотека

Индивидуальное задание

ДонНТУ

Портал магистров

RUS

UKR

ENG