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

Общие вопросы выбора частотно-регулируемого привода

Поиск подходящего ЧРП или отдельно преобразователя частоты (ПЧ) для имеющегося электродвигателя может стать сложной задачей. При выборе ПЧ и/или ЧРП необходимо учитывать то, что каждая модель данного оборудования имеет свои особенности. К особенностям, которые необходимо учитывать, кроме прочего, относятся различия в следующих показателях:

·       входные и выходные параметры;

·       характеристики в номинальных и переходных режимах;

·       алгоритмы работы и функциональные возможности преобразователей частоты (векторное управление, наличие обратных связей, быстродействие, наличие или отсутствие рекуперации энергии и/или динамического торможения и т.д.);

·       диапазоны регулирования и перегрузочная способность;

·       способность работать в существующих условиях (климатических и/или иных условиях внешних воздействий).

В отдельных случаях требуется учитывать, кроме прочего, габаритные размеры, встраиваемость, возможность интеграции в имеющиеся системы мониторинга/управления и т.д. Ниже приведены некоторые полезные советы и указания, которые помогут вам понять процесс подбора ПЧ/ЧРП для применения в наиболее распространенных и простых решениях. Надеемся, что эти советы упростят задачу и помогут выбрать привод, соответствующий заданным требованиям. Однако, сразу отметим тот факт, что подбор ЧРП, зачастую, является задачей нетривиальной и мы, со своей стороны, настоятельно рекомендуем доверить эту работу специалистам.

Общие вопросы

Рассматривать вопрос будем без привязки к какому-либо конкретному варианту применения ЧРП. Для упрощения понимания разобьем систему на отдельные компоненты. В общем случае это исполнительный механизм, электродвигатель и преобразователь частоты. Под исполнительным механизмом понимается устройство, непосредственно совершающее работу или участвующее в выполнении некой технологической операции. Этим устройством может быть насос, конвейерная линия, станок и т.д.

Рассмотрение следует начинать со стороны исполнительного механизма. Для начала необходимо точно определить следующие характеристики:

1.     Параметры исполнительного механизма для выбора соответствующего электродвигателя и элементов сопряжения электродвигателя и механизма:

-   режим работы;

-   номинальная мощность и частота вращения, диапазон регулирования (диапазон рабочих частот вращения);

-   при наличии перегрузок - их уровень и продолжительность;

-   установочные и присоединительные размеры исполнительного механизма.

2.     Прочие требования к двигателю:

-   пригодность электродвигателя для эксплуатации в составе частотно-регулируемого привода;

-   способ монтажа, габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя;

-   условия размещения, внешние воздействующие факторы, степень защиты (IP) и т.д.;

-   особые требования к двигателю (сейсмостойкость, взрывозащита и т.п.)

3.     Параметры электродвигателя для выбора преобразователя частоты:

-   тип электродвигателя (асинхронный, синхронный или постоянного тока);

-   номинальное напряжение и диапазон частот вращения двигдвигателя;

-   полная потребляемая мощность (геометрическая сумма активной и реактивной мощностей) в режиме перегрузок;

-   наличие/отсутствие встроенных датчиков контроля параметров двигателя, а так же их тип (при наличии).

4.     Прочие требования к преобразователю частоты:

-   точность поддержания и закон регулирования частоты вращения;

-   требования к интерфейсу управления преобразователем;

-   условия размещения;

-   особые требования к преобразователю.

Часть из этих условий покажется непонятной, другая часть - излишней, но лишь собрав достаточное количество информации, вы сможете подобрать и сравнить разные типы приводов, а затем выбрать ЧРП, наиболее соответствующий всем требованиям.

Теперь, когда у нас имеется базовый перечень параметров, требующих определения, рассмотрим наиболее важные из них и наиболее сложные для понимания.

Режим работы привода

Определение режима работы - это, по сути, отправная точка в вопросе выбора ЧРП. Существует множество различных режимов работы привода в зависимости от продолжительности работы и простоя, уровня нагрузок, производительности, направления и частоты вращения и их возможных вариантов комбинирования. Без информации о том, в каких границах по уровню нагрузок, частот вращения и т.п. эксплуатируется привод, правильно подобрать оборудование не представляется возможным, во всяком случае в рамках бюджета разумного уровня.

Максимальная нагрузка

Максимальная нагрузка является одним из наиболее важных параметров, который необходимо знать. Именно информация об уровне максимальной, а не номинальной нагрузки, требуется для правильного выбора ЧРП. По уровню максимальной нагрузки, создаваемой исполнительным механизмом, из стандартного ряда мощностей двигателей следует выбирать электродвигатель с номинальной мощностью наиболее близкой, но большей, чем мощность нагрузки. Данный подход гарантирует наибольший уровень надежности и высокий ресурс, но имеет недостаток в виде завышенной стоимости оборудования. Следует отметить то, что исходя из уровня и продолжительности перегрузок, возможно подобрать двигатель, мощностью менее максимальной. Это возможно, если электродвигатель допускает соответствующие перегрузки в течение необходимого времени. Данный вариант, однако, требует отдельной проработки в каждом конкретном случае. Что касается преобразователя частоты, то его мощность выбирается по принципам, аналогичным тем, что были описаны для выбора электродвигателя.

Уровень напряжения и частота тока

Данный фактор относительно прост для понимания, поскольку выбор уровня напряжения связан лишь с необходимостью согласования уровней напряжения и частот в двух связках:

-      первая - преобразователь частоты и питающая электросеть;

-      вторая - преобразователь частоты и двигатель.

При этом, уровни напряжения и частоты между сетью и двигателем могут различаться. Несмотря на общую простоту принципа выбора, сложности или скрытые нюансы могут встретиться и на этом этапе. Например, если в месте эксплуатации оборудования качество электрической энергии питающей сети низкое или сама сеть не имеет запаса по мощности ("слабая" сеть), то необходимо либо принять меры для обеспечения требуемого качества электроэнергии и/или реконструкции сети, либо при выборе преобразователя частоты подобрать преобразователь менее чувствительный к параметрам сети. Если данные факторы не будут учтены, то при недопустимых отклонениях параметров сети высок риск, в процессе эксплуатации ЧРП, столкнуться либо с отключением привода защитной автоматикой ПЧ, либо выходом ПЧ из строя.

 

Диапазон регулирования привода

 

Под диапазоном регулирования привода подразумевается диапазон рабочих частот вращения исполнительного механизма и приводного двигателя и/или соответствующий им диапазон частот напряжения, формируемого преобразователем частоты и подаваемого на двигатель. Что касается преобразователя частоты, то здесь все более или менее понятно, так как диапазон частот формируемого напряжения указывается в документации на ПЧ в явном виде и является для ПЧ одной из главных характеристик. Что же касается электродвигателей, то здесь ситуация сложнее. Дело в том, что далеко не все двигатели, представленные на рынке, изначально проектировались для эксплуатации в составе ЧРП. Во-первых, характер напряжения, формируемого большинством существующих типов преобразователей частоты, имеет отклонения от синусоидального, из-за чего в двигателе выделяются дополнительные потери от высших гармоник тока и напряжения, что необходимо учитывать. Во-вторых, широтно-импульсная модуляция, применяемая в ПЧ, оказывает некоторое негативное влияние на изоляцию обмоток статоров электродвигателей, нерассчитанных на питание от ПЧ. В-третьих, существуют ограничения самих двигателей по степени регулирования частоты вращения, связанные, например, с тепловым состоянием электродвигателя, или с критическими частотами вращения ротора, или ограничениями подшипников и т.п. В-четвертых, крутящий момент, развиваемый двигателем, не является константой во всем диапазоне регулирования и имеет сложную нелинейную зависимость от частоты вращения. Нюансов в данном случае, к сожалению, очень много, в связи с чем, мы рекомендуем вопрос выбора электродвигателя особенно для ответственных, сложных или дорогостоящих решений поручать профильным специалистам. Однако, мы подготовили статью по выбору электродвигателей, которая поможет пролить свет на некоторые из существующих нюансов и может быть вам полезна. Для просмотра статьи о выборе электродвигателей перейдите по ссылке.

 

Выбор закона регулирования привода

Существует несколько основных законов регулирования привода. В зависимости от назначения ЧРП и особенностей процесса работы исполнительного механизма могут использоваться разные законы регулирования. Рассмотрим данный вопрос с точки зрения управления крутящим моментом двигателя. Для некоторых решений может требоваться закон регулирования с постоянством крутящего момента, например для привода конвейеров, нагнетательных насосов, прессов, экструдеров и т.д. Во всем диапазоне регулирования частот вращения таких механизмов алгоритмы ПЧ должны обеспечивать поддержание постоянства крутящего момента, развиваемого двигателем. В то же время для других систем, таких как перекачивающие насосы или вентиляторы, создающие нагрузку пропорциональную частоте вращения, в большей степени подойдет закон регулирования с изменяемым моментом. В таких системах при частоте вращения равной половине от номинальной, требуемый момент также не превышает половины от номинального крутящего момента. Исходя из указанного следует то, что наиболее эффективным в данном случае будет закон регулирования с переменным моментом, поскольку он позволит приводу развивать момент пропорциональный моменту нагрузки и тем самым уменьшит потребление приводом электроэнергии.

Способ монтажа, установочные и присоединительные размеры

 

Учет данного фактора в большей степени играет роль для компонентов системы, которые связаны друг с другом механически. Рассмотрим данный аспект на примере привода насосного агрегата. Вопрос согласования способа монтажа, установочных и присоединительных размеров может сыграть решающую роль при выборе подходящего оборудования как для маломощных решений, так и для решений мощностью в несколько мегаватт. Привод маломощного насоса может, к примеру, требовать встраиваемости в некий ограниченный объем и при этом иметь малораспространенный способом монтажа. В такой ситуации решение на базе серийного электродвигателя общепромышленного исполнения или серийного ПЧ может просто не уложиться в установленные габаритные размеры. С другой стороны, для привода мощного насоса требуется двигатель, под который, как правило, подводится специальный фундамент или иное основание. При замене устаревшего двигателя новым, необходимо проверять соответствие установочных размеров двигателя по отношению к фундаменту и присоединительных размеров по отношению к насосу. Если установочные размеры двигателя не соответствуют тем, под которые построен фундамент, или присоединительные размеры насоса и двигателя не совпадают, то установка электродвигателя в такой ситуации потребует принятия дополнительных мер.

Условия размещения, внешние воздействующие факторы

Важным условием выбора любого оборудования, в том числе электродвигателей и ПЧ, входящих в состав ЧРП, является их соответствие требованиям в части условий эксплуатации и устойчивости к внешним воздействующим факторам. Условия эксплуатации могут быть самыми различными. Это может быть закрытое помещение с искусственным поддержанием температуры, давления и влажности. Либо размещение вне помещения без навеса в пустынной местности с температурой воздуха свыше 50оС или наоборот в местности с экстремально низкими температурами и влажным воздухом. Иными словами, оборудование должно быть рассчитано на эксплуатацию в условиях, характерных месту эксплуатации. При выборе ЧРП следует учитывать следующие факторы:

-      диапазон температур окружающей среды;

-      влажность воздуха;

-      давление воздуха;

-      высота установки над уровнем моря;

-      уровень сейсмических воздействий.

В отдельных случаях может потребоваться учет прочих внешних воздействующих факторов таких как вибрация, резонанс, механические удары, динамические ускорения и т.д.

Заключение

Данная статья содержит краткую информацию для получения общих представлений о требованиях, предъявляемых к частотно-регулируемым приводам и их компонентам и не является руководством, достаточным для абсолютно верного выбора ЧРП. Существует немало решений с различными условиями работы и функционалом, которые могут потребовать особых показателей ЧРП и очень детальной проработки всех нюансов. Если у вас есть какие-либо вопросы по подбору оборудования при проработке проекта или по определению параметров нового ЧРП взамен имеющегося, свяжитесь с нашими инженерами по системам ЧРП для консультации. Узнать контактную информацию можно по ссылке.

Если вас интересует вопрос правильного выбора электродвигателя, вы можете получить полезную информацию в статье "Как правильно выбрать электродвигатель?" 

<< Вернуться к списку новостей