Вернуться к старому виду сайта
Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

* - обязательные поля

Силовая электроника
+7 (495) 792-57-57

Управление скоростью с помощью преобразователей частоты

Споры по поводу охраны окружающей среды, выбросов CO2 и резкое увеличение цен на энергию подчеркивают необходимость сбережения энергетических ресурсов. Здесь важную роль играет технология электрических приводов. Оптимальное проектирование и выбор привода могут существенно снизить расходы в течение срока службы, включающие в себя расходы на приобретение и расходы на эксплуатацию.

Как в любом бизнес-процессе, использование приводов с управляемой частотой должно иметь экономический смысл. Чтобы реально оценить экономическую жизнеспособность, пользователи должны учитывать больше факторов, чем простая начальная цена приобретения оборудования. Последние исследования показывают, что расходы на приобретение составляют только 10 процентов от расходов в течение срока службы машины. Эксплуатационные расходы оцениваются как гораздо более значимые, например, в форме расходов на энергию, техническое и сервисное обслуживание. Особенно при относительно крупных приводах или большом количестве приводов, работающих в центральной аппаратной, расходы на приобретение соответствующих систем кондиционировании воздуха, дросселей сети электропитания и сетевых фильтров могут быть значительными. Кроме того, существуют расходы на энергию для обеспечения достаточного кондиционирования воздуха для этих помещений.

Другим важным соображением для оператора должна быть система электропитания. Существуют ли уже помехи в линии электропитания из-за использования других преобразователей частот? Имеются ли какие-либо расчетные данные или результаты измерений, касающиеся помех в лини электропитания? Если да, то следует принять подходящие меры.

Оптимальное проектирование – от машины до сети электропитания

Оптимальное проектирование обычно движется от конкретной машины к сети электропитания. Для этого важно иметь детальное представление о процессе, нематериальных факторах и необходимых рабочих запасах. Только тогда пользователь сможет избежать переразмеривания системы приводов с целью обеспечения «адекватных» запасов на различных этапах проектирования. Любое ненужное переразмеривание имеет негативное влияние на эффективность затрат. На практике, это вероятнее всего происходит, когда имеется недостаточная связь между проектировщиками-электриками и проектировщиками-механиками. Во многих случаях более высокие расходы возникают в результате выбора переразмеренного двигателя. Поэтому обязательно тесное сотрудничество между оператором и фирмой-разработчиком оборудования на заводе. Только оператор знает действительные требования.

Примеры технических нематериальных факторов включают в себя кривые характеристик двигателей и машин. В крайних случаях (верхняя кривая характеристик для машины и нижняя кривая для двигателя, или наоборот) это может привести к ситуации недостаточного крутящего момента или перегрузке.

Выбор двигателя для работы с преобразователем частоты

Крутящий момент, необходимый для машины, является решающим фактором при выборе двигателя. Это требует расчета мощности, необходимой для конкретного процесса, учитывая все допущения на такие факторы как трение в подшипниках, потери на переходные процессы и внешние вентиляторы. Это приводит к требуемому крутящему моменту двигателя в функции от рабочих оборотов. Другой важный фактор, который следует учитывать, это пиковый крутящий момент или крутящий момент трогания, который зависит от конкретной установки и машины. Точное требуемое значение можно определить и запланировать с подходящим запасом надежности, используя кривую зависимости крутящего момента от оборотов вместе с кривой характеристик двигателя и запаса по току преобразователя частоты, что тоже самое, что и способность работать с перегрузкой.

Работа с питанием от линии электропитания и от преобразователя частоты отличается. Влияние работы с питанием от преобразователя частоты зависит от требуемого диапазона оборотов, использования внешних вентиляторов и типа нагрузки. Например, работа с питанием от преобразователя частоты повышает температуру обмоток двигателя, из-за несинусоидального питания и частоты широтно-импульсной модуляции, и возникающие в результате потери на дополнительное перемагничивание. Во многих случаях стоит использовать недорогой внешний вентилятор, чтобы избежать выбора следующего более крупного двигателя. В любом случае, всегда следует выбирать двигатель, соответствующий требуемому крутящему моменту.

Размер поперечного сечения кабелей двигателя зависит в основном от требуемого тока двигателя, однако имеются и другие важные факторы. На поперечное сечение влияют проектирование самого кабеля и его прокладки, поскольку необходимо компенсировать отрицательные эффекты из-за высокой температуры окружающей среды и пониженного рассеивания тепла. Поперечное сечение должно также учитывать длину кабеля, чтобы минимизировать падение напряжения из-за сопротивления проводника. При оценке этих факторов следует учитывать коэффициенты снижения характеристик, описанные в стандарте DIN VDE 0298. На практике суммарный коэффициент снижения характеристик составляет обычно от 0,64 до 0,7. Проектирование кабеля обычно основано на предположении того, что ток и напряжение синусоидальны. При работе с питанием от преобразователя частоты в дополнение к основной частоте существуют высокочастотные компоненты. Это приводит к чрезмерному нагреву кабеля.

Ограничения по электромагнитной совместимости EMC (Electromagnetic compatibility) определяют, может ли использоваться экранированный или неэкранированный кабель. Естественно, что при кабелях с большими поперечными сечениями и/или большой протяженности операторы стараются насколько возможно использовать неэкранированные кабели. Именно поэтому фильтры синусоидальной волны доказали, что они дают лучшие результаты на практике. Отфильтровывая частоту широтно-импульсной модуляции и обеспечивая синусоидальное напряжение между фазами, они положительно влияют на требуемое поперечное сечение кабелей. В проектах модернизации их можно использовать для сохранения существующих кабелей и двигателей.

Проектирование преобразователя частоты

Теперь, когда мы определили значения всех базовых параметров, нам необходимо выбрать преобразователь частоты. В отличие от двигателя, который всегда должен выбираться на основании требуемого крутящего момента, преобразователь частоты следует выбирать на основании тока, а не мощности. Основное правило состоит в том, что требуемый ток двигателя должен быть доступен постоянно. Должны также быть запланированы запасы по току. Они тоже зависят от разнообразных факторов. Основным фактором является кривая характеристики крутящего момента нагрузки. Здесь должен рассматриваться пусковой крутящий момент вместе с характеристиками цикла нагружения, такими как пульсирующие или постоянные нагрузки. Свою роль играет также длина кабеля двигателя. Падение напряжения в кабеле уменьшает располагаемый крутящий момент двигателя, как делает падение напряжения в фильтре синусоидальной волны или в фильтре du/dt.

Дальнейшие критерии выбора включают в себя интерфейсы, необходимые пользователю в конкретной установке, такие как магистральные шины, характеристики чувствительности конкретной системы управления и другие специальные функции, такие как функции обеспечения безопасности, постоянный контроль термистора и т.п. Операция торможения или круговое перемещение также влияют на выбор преобразователя частоты. Все эти факторы должны оцениваться по отдельности и каждый из них играет существенную роль в выборе соответствующего преобразователя частоты.

Помехи сети электропитания: заблаговременно принимаемые меры для конкретного устройства

Недостатком преобразователей частоты является тот факт, что они создают помехи в системе электропитания от сети из-за своего нелинейного потребления тока. Возникающие в результате гармонические искажения в системе электропитания от сети называется помехами сети электропитания. Качество питания оценивается на частотах до 2,5 кГц, соответствующей 50-й гармонике частоты сети электропитания.

Сеть электропитания, трансформаторы и оборудование для компенсации коэффициента мощности рассчитываются и проектируются для номинальной частоты системы электропитания от сети. Гармоники ведут к более высоким расходам на материально-техническое снабжение за электрическую мощность и дополнительные расходы из-за более высоких реактивных силовых нагрузок, а также к необходимости переразмеренных компонентов и элементов системы. Они также создают нагрузку на кабели, проводку и оборудование. Поэтому важно учитывать нагрузку на сеть как часть оптимального проектирования.

На первом этапе оператор должен определить существующие в сети помехи, либо расчетным путем, либо путем измерений. Если полученные в результате значения являются приемлемыми, пользователь сможет не принимать дальнейшие меры. В любом случае пользователю следует также использовать моделирующее программное обеспечение, чтобы оценить будущие помехи в сети электропитания, чтобы избежать последующих непредвиденных ситуаций. Соответствующие меры будут описаны в отдельной статье.

Модульные преобразователи частоты

Модульные преобразователи частоты позволяют пользователям конфигурировать приводы оптимально относительно их конкретных применений. Они платят только за те функции, которые им действительно необходимы; при этом всегда можно сделать последующие модернизации в ответ на растущие потребности системы.

Оптимальная конструкция преобразователя частоты делает техническое и сервисное обслуживание более легким

При выборе изготовителя и подходящей модели важно рассмотреть не только данные технических характеристик, но и конструкцию конкретного преобразователя частоты и предлагаемые услуги. В дополнение к расходам на приобретение, расходы на эксплуатацию имеют долгосрочное влияние на стоимость производства в течение всего срока службы изделия или системы. Операторам нужен самый большой из возможных интервалов между техническими обслуживаниями с минимальными временами простоя.

Компоненты преобразователя частоты, которые должны обеспечивать длительный период эксплуатации без отказов, являются здесь важными факторами. Также немаловажны силовая электроника и вспомогательное оборудование. Все ли компоненты, требующие технического обслуживания, известны? Насколько продолжительны интервалы между техническими обслуживаниями? Удобен ли доступ к этим компонентам, можно ли их демонтировать без специального инструмента?

В части силовых каскадов своих преобразователей частоты компания Danfoss полагается на свой собственный продолжительный опыт и использует силовые модули, изготовленные компанией Danfoss Silicon Power в Шлезвиге. Вентиляторы также следует проектировать с учетом срока службы конкретного преобразователя частоты.

Удобная в обслуживании конструкция исключает долгие простои. Обеспечивает ли конкретная конструкция свободный доступ ко всем узлам и их замену без сложного разбора оборудования? Используются ли для кабелей управления, сети питания и кабелей двигателя разъемы? Можно ли быстро снять модули расширения и, при необходимости, установить их на заменяющий блок? Все эти возможности сокращают время замены и время простоя в ситуациях отказов.

электростанция

В случае если на предприятии используется большое количество преобразователей частоты, оператор должен отслеживать наличие помех в сети электропитания. Если помехи в сети электропитания уже присутствуют, следует применить подходящие меры в виде активных или пассивных фильтров.

Наличие на складе запасных частей зависит от количества присутствующих различных вариантов моделей. Могут ли определенные узлы использоваться в нескольких семействах изделий? Имеются ли стандартные запасные части, которые можно легко приобрести по всему миру? В зависимости от расположения конкретной системы получение специальных деталей может потребовать сложной и дорогостоящей транспортировки. Поэтому предпочтительны стандартные компоненты, для которых можно быстро и легко приобрести запасные детали. Это позволяет пользователям существенно сокращать запасы запасных частей и соответствующие расходы.

Предвидение экономит деньги

Если все стороны, вовлеченные в данный проект, обмениваются правильной информацией и фокусируются на важных точках (конструкции и надежности преобразователя частоты и других компонентов системы), будет обеспечен высокий уровень надежности, а расходы сведены к минимуму. Это также обеспечивает лучшее основание для ведения бизнеса на современных рынках с большой конкуренцией.