Новости

16 июня 2017
Общие вопросы выбора частотно-регулируемого привода
25 мая 2017
Как выбрать электродвигатель.
17 апреля 2017
Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП).
10 апреля 2017
Преимущества частотно-регулируемых приводов (ЧРП).
29 марта 2017
Эксплуатация электродвигателей при частотах и напряжениях, отличных от номинальных.

Новости нефтяного рынка

Эксплуатация электродвигателей при частотах и напряжениях, отличных от номинальных.

Не всем известен тот факт, что в разных частях света электросети имеют разные частоты напряжения. Например, в электросетях США используется частота 60 Гц, а в Европе и на территории России электросети имеют частоту 50 Гц. Эта, казалось бы, небольшая разница в значениях частот питающего напряжения может существенно отразиться как на характеристиках электродвигателей, так и на их ресурсе (сроке службы).

Дело в том, что изменение частоты питающего напряжения напрямую влияет на величину электромагнитного поля в двигателях переменного тока в соответствии со следующей зависимостью:

Ф ~ U1/(f1×k)                                                                                       (1)

где Ф - электромагнитный поток, Вб;

U1 - величина (действующее значение) питающего напряжения, В;

f1 - частота питающего напряжения, Гц;

k - комплексная константа, определяемая конструкцией электродвигателя.

Как же изменение электромагнитного поля сказывается на характеристиках электродвигателя? Ослабление электромагнитного поля приводит к снижению крутящего момента, развиваемого двигателем. Если же электромагнитное поле наоборот усиливается, то это приводит к двум следствиям. Первое следствие - это некоторое (непропорциональное1)) увеличение крутящего момента, что само по себе является положительным аспектом. Второе следствие - это увеличение плотности поля в магнитопроводе2), которое вызывает насыщение стали сердечника и приводит к избыточным потерям в магнитопроводе электродвигателя, перегреву и, в конечном итоге, к преждевременному выходу двигателя из строя. Кроме того из выражения (1) видно, что на величину электромагнитного поля в двигателе влияет не только частота питающего напряжения, но и его действующее значение (для цепей синусоидальных токов и напряжений)  Uд = Uампл/√2.

Из вышеизложенного может сложиться впечатление, что эксплуатация электродвигателя при уровнях и частотах питающего напряжения отличных от номинальных3) либо недопустима вовсе, либо малоэффективна. На самом деле ситуация обстоит несколько сложнее. С одной стороны, электродвигатель, рассчитанный на эксплуатацию с условиях электросетей США, зачастую нельзя просто взять и подключить напрямую к электросети на территории России. С другой стороны, это возможно при выполнении следующего условия:

U1/f1 ≈ U1ном/f1ном. Суть условия заключается в том, что подключение к сети возможно, если два соотношения:

близки по отношению друг к другу.

При этом такое подключение может не иметь негативных последствий и существенно не скажется на характеристиках и ресурсе электродвигателя. Рассмотрим пример, в котором, однако, несмотря на возможные варианты манипуляций с самим двигателем, найти приемлемый вариант подключения не удастся. Возьмем двигатель, рассчитанный на питание от бытовой электросети в США (110 В - действующее фазное напряжение и 60 Гц - частота питающего напряжения) со схемой соединения обмоток в "треугольник"4) и просчитаем его варианты включения напрямую в электросеть на территории России (220 В - действующее фазное напряжение и 50 Гц - частота питающего напряжения). Рассмотрим вариант с изменением схемы соединения обмоток электродвигателя на "звезду". В данном варианте мы получим следующие отношения напряжений к частотам:

- США для схемы "треугольник": 110·(корень из 3)/60 ≈ 3,185);

- Россия (Европа) для схемы "звезда": 220/50 = 4,4.

Значения 3,18 и 4,4 существенно различаются между собой, что указывает на невозможность использования данного вида подключения.

Если же при подключении двигателя к сети на территории России (Европы) оставить схему соединения обмоток в исходном состоянии "треугольник", то получится еще большая разница: 220·(корень из 3)/50 = 7,62 против 3,18, что указывает на более чем двукратное увеличение электромагнитного поля, которое неизбежно приведет к быстрому отказу двигателя.

Однако указанные факторы являются далеко не единственными, которые следует учитывать при оценке возможности эксплуатации электродвигателей при напряжениях и частотах, отличных от номинальных. Рассмотрим еще один пример, в котором поддержание величины электромагнитного поля на постоянном, соответствующем номинальному, уровне реализовано за счет питания двигателя от преобразователя частоты (ПЧ). Использование ПЧ позволяет не только плавно регулировать частоту вращения ротора электродвигателя, но и может поддерживать на постоянном уровне соотношение между величиной питающего напряжения и его частотой (U1/f1 = const) во всем диапазоне регулирования частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Для более простого понимания сути работы ЧРП воспользуемся еще одним примером. В данном примере рассмотрим ситуацию с двигателем, имеющем следующие параметры:

Pн = 1000 Вт - номинальная (для двигателя это механическая мощность на валу) мощность двигателя;

U = 380 В - номинальное напряжение (линейное);

f = 50 Гц - номинальная частота питающего напряжения;

nн = 1000 об/мин - синхронная частота вращения;

Mн = 60·Pн/(2·π· nн) = 60·1000/(2· π·1000) ≈ 9,55 Н - номинальный момент двигателя.

При подаче на указанный двигатель от ПЧ напряжения 190 В и частоты 25 Гц (вдвое меньшее напряжение и частоту), получится сохранить величину электромагнитного поля на исходном уровне. При этом величина крутящего момента так же останется неизменной. Однако частота вращения уменьшится вдвое, по отношению к исходной, а значит и мощность двигателя снизится вдвое, так как мощность двигателя пропорциональная произведению момента на частоту вращения (P ~ M·n). При этом величина тепловых потерь (если принять ряд допущений) останется неизменной. Кроме того, если рассматриваемый двигатель не будет иметь вентилятора с независимым приводом и будет обдуваться исключительно собственным вентилятором, установленным на валу ротора, то уменьшение частоты вращения ротора приведет к существенному снижению эффективности отвода тепловых потерь от двигателя. При таких условиях охлаждения, тепловые потери могут привести к перегреву двигателя и его отказу. Аналогичная по своим последствиям ситуация может сложиться и при увеличении частоты питающего напряжения. В случае, если нагрузка на валу двигателя останется неизменной, увеличится развиваемая и, соответственно, потребляемая двигателем мощность, а так же мощность тепловых потерь. В данном случае, несмотря на увеличение эффективности обдува двигателя собственным вентилятором, избыточные тепловые потери приведут к недопустимому перегреву двигателя и, как следствие, его отказу.

Многие современные преобразователи частоты имеют встроенные алгоритмы управления двигателями и алгоритмы защиты, которые позволяют минимизировать риски эксплуатации электродвигателей в составе частотно-регулируемого привода. Тем не менее, мы настоятельно рекомендуем обращаться к специалистам в случае необходимости подбора соответствующего оборудования и его последующей настройки для избежания убытков, связанных с выходом оборудования из строя по причине неправильного подбора или эксплуатации.

Специалисты нашей фирмы подберут необходимое оборудование, соответствующее всем требованиям, а так же обеспечат его доставку и ввод в эксплуатацию в кратчайшие сроки. Для оформления заявки перейдите по ссылке.

Примечания:
1) увеличение крутящего момента будет меньше по отношению к увеличению электромагнитного потока ввиду влияния эффекта насыщения магнитопровода.
2) стальной сердечник электродвигателя, по которому замыкается электромагнитное поле
3) в данном случае - тот уровень напряжения и та частота, на которые двигатель был рассчитан при проектировании
4) во многих электродвигателя, особенно в двигателях малой и средней мощности существует возможность переключения схемы соединения обмоток со "звезды" на "треугольник" и наоборот путем переключения соответствующих перемычек.
5) множитель (корень из 3) учитывает то, что при схеме соединения обмоток в "треугольник" на каждую фазу электродвигателя подается линейное напряжение сети, а оно в (корень из 3) раз больше фазного

<< Вернуться к списку новостей