Выбор частотного преобразователя

Одним из наиболее важных параметров электропривода является его мощность. По этой причине при выборе преобразователя в первую очередь следует определиться с его нагрузочной способностью -в соответствии с имеющейся номинальной мощностью двигателя выбирается преобразователь частоты, рассчитанный на такую же мощность.

Однако, учитывая, что мощность частотного преобразователя определяется максимальным значением тока, который коммутируется ключами инвертора, следует, что более корректным параметром, учитываемым при выборе преобразователя, будет не мощность, как указывалось выше, а ток двигателя, потребляемый в заданных режимах работы.

Не менее важным параметром преобразователя частоты является требование к величине напряжения питающей сети. Преобразователи питаются, в основном, от трехфазной сети переменного тока, имеющей напряжение 380 В и частоту 50 Гц. Это соответствует российским стандартам качества электроснабжения.

Следует также отметить, что некоторые производители выпускают преобразователи невысокой мощности (не более 1,5 кВт), которые рассчитаны на работу от однофазной сети, имеющей напряжение 220–240 В.

После того как учтены нагрузочная способность, и величина напряжения питающей сети определяются требования к функциональным возможностям преобразователя.

Для начала необходимо выбрать способ управления двигателем (скалярный/ векторный/квадратичный).

Не менее значимым фактором, определяющим выбор частотного преобразователя, является режим работы электропривода.

Общеизвестно, что любой электродвигатель может работать в 4-х режимах: двигательном, генераторном, в режиме динамического торможения и торможения противовключением.

Большинство современных преобразователей способны обеспечить первый и последний режимы работы двигателя. При этом последний вариант, торможение противовключением, применяется только на низких скоростях вращения и довольно малых запасах энергии в рабочем органе.

Это означает, что отсутствие каких-либо дополнительных мер приведет к выходу двигателя из строя. Именно поэтому в преобразователях такого типа используется торможение выбегом (при необходимости двигатель тормозится под воздействием силы трения в рабочем механизме). Данный способ приемлем при работе с насосами, но совершенно не подходит для электропривода станка. В современном АЭП горно-металлургического производства чаще всего применяется тормозной прерыватель, позволяющий реализовать режим динамического торможения.

При выборе преобразователя частоты не стоит забывать и о таком вопросе, как использование дросселей. Существует два типа дросселей:

· сетевой;

· моторный.

Сетевой дроссель подключается непосредственно в сеть питания преобразователя, он выполняет защитные функции, являясь своего рода двусторонним буфером между преобразователем и нестабильной сетью.

Моторный дроссель подсоединяется между двигателем и преобразователем частоты. Он выполняет функции, связанные с ограничением скорости нарастания напряжения, а также для ограничения токов короткого замыкания.

Зачастую производители преобразователей предлагают дроссели в качестве дополнительных опций.

При выполнении курсового проектирования необходимо:

- раскрыть понятие – частотный преобразователь;

-описать назначение, принцип действия, области применения частотных преобразователей и преимущества их использования в АЭП.

Как указано выше, при выборе частотного преобразователя необходимо учитывать мощность двигателя, а также максимальную и минимальную частоты вращения ротора для выбранного способа регулирования.

Мощность частотного преобразователя должна быть равна или больше мощности электродвигателя, а напряжение частотного преобразователя должно соответствовать номинальному напряжению электродвигателя.

Для определения максимальной частоты, которую должен обеспечить на выходе частотный преобразователь, необходимо определить во сколько раз изменится скорость для максимального момента искусственной характеристики по сравнению со скоростью для такого же момента на естественной.

По формуле 2.16 следует определить скорость вращения ротора электродвигателя:

(2.16)

где - величина скольжения (отн. ед.) на естественной характеристике, соответствующая значению максимального момента для заданной скорости на искусственной характеристике.

Соответственно, при скольжении , скорость ротора равна .

По формуле 2.17 вычислить, во сколько раз увеличилась скорость ротора для искусственной характеристики:

(2.17)

Так как скорость вращения ротора прямо пропорциональна частоте питающей сети, то вычислить, как увеличилась частота питающей сети, можно, воспользовавшись формулой 2.18:

(2.18)

Если полученная частота не удовлетворяет условию , то потери на намагничивание статора будут значительно сокращать срок службы двигателя.

Для определения минимальной частоты, которую должен обеспечить на выходе частотный преобразователь, необходимо определить во сколько раз изменится скорость для минимального момента искусственной характеристики по сравнению со скоростью для такого же момента на естественной (на естественной характеристике двигатель работает при частоте питающей сети, равной 50Гц).

Вычислить, во сколько раз уменьшилась скорость ротора для искусственной характеристики:

(2.19)

Вычислить, как уменьшилась частота питающей сети (формула 2.16):

(2.20)

Если полученная частота не удовлетворяет условию , то потери на нагрев обмоток ротора будут значительно сокращать срок службы двигателя.

Кроме того, выбор преобразователя частоты происходит непосредственно с учетом типа нагрузочной характеристики. При выборе преобразователя частоты также должно учитываться напряжение сети, так как при проектировании привод с инвертором должен иметь достаточный резерв безопасности для исключения вероятности опрокидывания двигателя, чтобы выдержать кратковременную перегрузку или падение напряжения.

Двигатели должны иметь момент опрокидывания по меньшей мере 180% от номинального момента (в рабочем режиме). Чтобы безопасно запустить привод, необходимо произвести вычисления с учетом выходного напряжения инвертора, которое в худшем случае (колебания напряжения сети и падения напряжений должны быть приняты во внимание) составляет примерно 80% от напряжения сети. Для этого должно быть выдержано соотношение

(2.21)

где: U=400 B– номинальное напряжение сети; U_н=380 В – входное напряжение инвертора; М_кн, Нм – номинальный момент опрокидывания двигателя.

Для того, чтобы обеспечить желаемый резерв безопасности для момента опрокидывания, двигатель может быть загружен в этом случае только приблизительно на 95 % от его номинального момента.

Если момент нагрузки выше, чем момент опрокидывания двигателя, тогда скорость двигателя становится ниже скорости момента опрокидывания и привод опрокидывается. С этим связано большое скольжение и большой ток двигателя, который при определенных обстоятельствах вызывает остановку инвертора. Даже когда инвертор может выдержать ток, произойдет поломка привода через короткий промежуток времени из-за теплового разрушения двигателя.

Для выбора преобразователя частоты, предназначенного для регулирования скорости вращения ротора необходимо провести анализ существующих преобразователей частоты различных фирм.

По каталогам известных фирм-производителей выбрать частотный преобразователь, исходя из следующих условий:

- мощность преобразователя:

;кВт (2.22)

- полученный диапазон регулируемых частот;

- заданное напряжение;

- номинальный ток:

, А (2.23)

Указать фирму-производителя (ссылка на источник информации обязательна), аргументировать свой выбор, привести технические характеристики выбранного преобразователя частоты. Указать способ регулирования для проектируемого привода.