Подбор и анализ применений актуальной приводной системы - практические примеры
Применения с постоянным моментом - компрессор
ПримерРассчитайте стандартный асинхронный электродвигатель WEG с короткозамкнутым ротором для управления с любым преобразователем WEG в диапазоне скоростей от 180 до 1800об/мин, приводя во вращение компрессор с моментом вращения 34Нм. Требуемый температурный подъем класса В (80К). Общие данные: - Питание: 3 фазы / 400В / 60Гц
- Окружающая среда: максимальная температура 40С; в.н.у.м. 1000м; нормальная атмосфера
- Преобразователь частоты CFW-09: tr = 0,1мкc; fнес = 5кГц
РешениеПодъем температуры обмоток (с уменьшением момента)Компрессоры являются нагрузками, которые потребляют постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей. Двигатель должен быть рассчитан, чтобы работать в наиболее критичных условиях работы, в этом примере это самая низкая скорость в пределах рабочего диапазона, в котором вентиляция уменьшается до минимума, а требуемый крутящий момент остается постоянным. Учитывая, что рабочая скорость может меняться от 180 до 1800 оборотов в минуту и, что базовая частота составляет 60 Гц, то должен быть выбран 4-полюсный электродвигатель. Пренебрегая скольжением, требуемая мощность в базовой точке составляет:
Тем не менее, с тепловой точки зрения худшей рабочей точкой для двигателя с самообдувом будет скорость 180 об/мин (6 Гц), что означает минимальную скорость и, следовательно, эффективность системы охлаждения двигателя в течение заданного диапазона скоростей будет также минимальной. По этой причине уменьшение крутящего момента должно быть рассчитано для этого режима. В соответствии с WEG критериями снижения (раздел 6.4.1.2), при работе на 6 Гц уменьшения крутящего момента на 40% приводит к повышению температуры обмоток двигателя до 80°С. Кроме того, следует учитывать постоянство соотношения V/F, потому что указывается, что двигатель может работать с любым приводом WEG (для применимости решения оптимального потока, электродвигатели WEG с высоким КПД должны управляться преобразователем WEG серии CFW-09 версии 2.40 или выше).
То есть, при 180 оборотах в минуту двигатель будет в состоянии обеспечить только 60% от номинального крутящего момента. Если нагрузка требует постоянного крутящего момента (равного крутящему моменту на базовой скорости) во всем рабочем диапазоне, двигатель должен быть увеличен в габарите в соответствии рассчитанным уменьшением момента.
Так, номинальная мощность электродвигателя будет равна:
Из каталога электродвигателей WEG, идеальным электродвигателем для этого приложения является двигатель мощностью 11 кВт (15 л.с.) - 4-полюсный - 60 Гц - габарит IEC 132M (NEMA 215T). Использование системы принудительного охлаждения будет альтернативным вариантом. В этом случае увеличение габарита мотора не потребуется и двигатель мощностью 7,5 кВт (10 л.с.) - 4-х полюсный габарита IEC 132S (NEMA 213T) будет удовлетворять требованиям, необходимых приложению. Таким образом, гарантируется, что повышение температуры двигателя будет равно или меньше, чем 80К в любом рабочем состоянии.
Система изоляцииВ соответствии с NEMA критериями ситуация выглядит следующим образом: Напряжение на клеммах электродвигателя:
В соответствии с критериями изоляции WEG (п. 6.6), электродвигатели WEG с напряжением питания 400В соответствуют следующим условиям: - dV/dt значения до 5200 В/мкс на клеммах преобразователя, тем самым удовлетворяют условиям этого примера.
- tr ≥ 0,1 мкс при клеммах преобразователя, таким образом, соответствуя применению в этом примере.
- Vпик ≤ 1430 В на клеммах двигателя. Если это условие не удовлетворяется в конечной установке, то к выходу преобразователя необходимо подключить фильтр.
Частота коммутации для этого примера (5 кГц) также находится в соответствии с рекомендациями WEG. Таким образом, двигатель полностью соответствует требованиям данного приложения в отношении системы изоляции. Тем не менее, не будет возможным оценить вопрос с точки зрения IEC, потому что он требует измерения напряжения на клеммах электродвигателя. Поскольку система преобразователь частоты - электродвигатель все еще находится на стадии расчета, и нет фактического электродвигателя для применения, следует понимать, что невозможно провести измерения фактического пикового напряжения и времени нарастания напряжения на клеммах электродвигателя. Такие значения будут зависеть от типа и длины используемого кабеля конечным пользователем.
Защита подшипниковВ соответствии с критериями WEG по защите от подшипниковых токов (пункт 6.9), стандартные электродвигатели WEG имеют опциональную защиту подшипников для габаритов c 315 IEC / 504 NEMA. Выбранный мотор имеет габарит 132M IEC / 215 T NEMA, следовательно, нет необходимости в системе заземления вала и в специальных изолированных подшипниках.
ШумПри управлении от преобразователя частоты акустический шум, производимый электродвигателем, может быть увеличен до 11дБ(А), учитывая работу в скалярном режиме.
Применение с квадратичным моментом - центробежный насос
ПримерРассчитайте стандартный асинхронный электродвигатель WEG NEMA Premium класса КПД (TEFC) с короткозамкнутым ротором для работы с преобразователем CFW-09 в векторном режиме, приводя в движение центробежный насос мощностью 10HP (7.5кВт) при максимальной скорости 2700об/мин. Общие данные: - Питание: 3 фазы / 460В / 60Гц
- Окружающая среда: максимальная температура 40С; в.н.у.м. 1000м; нормальная атмосфера
- Преобразователь частоты CFW-09: tr = 0,1мкc; fнес = 2,5кГц
РешениеПодъем температуры обмоток (с уменьшением момента)Центробежные насосы имеют квадратичную зависимость крутящего момента от скорости вращения, в то время как мощность изменяется пропорционально кубу скорости. В этом случае, двигатель должен быть рассчитан на максимальную скорость в пределах рабочего диапазона насоса, потому что именно на ней происходит максимальное потребление момента. Рисунок показывает, что этот пример имеет два варианта выбора: 2-полюсный двигатель, либо 4-полюсный двигатель. 2-полюсный двигатель будет работать в диапазоне с постоянным моментом (на скорости ниже базовой), а 4-полюсный двигатель будет работать в диапазоне ослабления поля (на скорости выше базовой).
Момент, необходимый насосу на максимальной скорости:
2-х полюсный мотор 2700 об/мин = 0,75 о.е. ⇒ 45Гц В соответствии с критериями снижения момента, электродвигатели WEG NEMA Premium класса КПД TEFC (пункт 6.4.1.1), способны работать в диапазоне 1000:1 с переменным моментом нагрузки, то есть, нет необходимости снижения момента во всем диапазоне скоростей. Тогда поправочный коэффициент будет равен 1.
Из каталога электродвигателей WEG NEMA, наиболее подходящим трехфазным электродвигателем будет мотор Premium класса КПД 15л.с. (11кВт) - 2-х полюсный - 60Гц - габарита 254Т. 4-х полюсный мотор 2700 об/мин = 1,5 о.е. ⇒ 90Гц В соответствии с критериями снижения момента, электродвигатели WEG NEMA Premium класса КПД TEFC (пункт 6.4.1.1), способны поддерживать постоянную мощность от 90 до 90Гц с нагрузкой с переменным моментом. Тогда на 90Гц поправочный коэффициент будет равен (1/1,5).
Вследствие работы в области ослабления магнитного поля, также должен быть проверен критический вращающий момент двигателя. В соответствии с критериями WEG по критическому вращающему моменту (подпункт 6.4.3), двигатель соответствует требованиям приложения. Наиболее подходящим трехфазным электродвигателем NEMA Премиум класса КПД является двигатель 10 л.с. (7,5 кВт) - 4 полюса - 60 Гц - габарит 215Т. Таким образом, после проведения технического и экономического анализа, наиболее подходящим двигателем для такого применения, является, 4-полюсный / 7,5 кВт (10 л.с.) / 60Гц / 460В / габарит 215T NEMA Премиум класса КПД.
Система изоляцииВ соответствие с NEMA критериями ситуация выглядит следующим образом:
В соответствии с критериями изоляции (п. 6.6), электродвигатели WEG, напряжением 460В, соответствуют: - значения dV/dt до 5200В/мкс на клеммах привода, тем самым удовлетворяя требованиям примера этого применения.
- tr ≥ 0,1мкс на клеммах преобразователя, тем самым удовлетворяя требованиям примера этого применения.
- Vпик ≤ 1430В на клеммах двигателя. Если это условие не выполняется в окончательной установке, необходима установка фильтров на выходе преобразователя.
WEG рекомендует использовать частоту коммутации до 5 кГц. Частота коммутации, определенная для этого примера (2,5 кГц) соответствует рекомендациям WEG. Таким образом, выбранный электродвигатель, полностью соответствует требованиям данного приложения в отношении системы изоляции. Тем не менее, не будет возможным оценить данный вопрос с точки зрения IEC, потому что он требует измерения напряжения на клеммах. Так как приводная система все еще находится на стадии выбора, и нет фактического выбранного электродвигателя, то понятно, что провести конкретные измерения по-прежнему остается невозможным и неизвестны фактические пиковое напряжение и время нарастания напряжения на клеммах электродвигателя. Такие значения будут зависеть от типа и длины используемого кабеля после установки.
Защита подшипниковВ соответствии с критериями WEG по защите от подшипниковых токов (пункт 6.9), стандартные электродвигатели WEG имеют опциональную защиту подшипников для габаритов c 504 NEMA. Выбранный мотор имеет габарит 215T NEMA, следовательно нет необходимости в системе заземления вала и в специальных изолированных подшипниках. |