Выбор преобразователя частоты
Цель
Итак, Вы выбираете преобразователь частоты (ПЧ) для использования на своем предприятии. Разработка архитектуры системы управления объекта в целом, определение облика требуемого преобразователя, его предназначения, функциональных возможностей, особенностей конструктивного исполнения …, на наш взгляд, необходимо начинать с формулирования (уяснения) целей установки.
В настоящее время уже четко обозначились основные направления применения регулируемого электропривода с частотными преобразователями и преследуемые, при этом, цели во многих отраслях промышленности, техники, в энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве и т.д.
Обобщая имеющийся многосторонний и многолетний опыт проектирования и практического использования ПЧ, мы можем рекомендовать их применение на Вашем предприятии для достижения следующих целей:
- Автоматизация и оптимизация технологического процесса.
- Повышение производительности труда.
- Энерго - и ресурсосбережение.
- Продление срока службы оборудования.
- Снижение непроизводительных затрат и затрат на обслуживание оборудования
- Повышение качества продукции.
- И т.д.
Общеизвестно, что технический прогресс в любой отрасли связан с непрерывно усложняющимися технологиями добычи ископаемых, их переработки, производства продукции, с повышением требований к точности изготовления изделий и их качеству при всё более сложном технологическом процессе их обработки.
Автоматизация и оптимизация типовых и групповых технологических процессов на основе регулируемого электропривода с ПЧ позволяет повысить производительность труда, снизить себестоимость продукции, сократить трудоемкость и длительность технологической подготовки производства. Причем универсальность ПЧ делает возможным их использование не только в новых проектах, но и в уже действующем оборудовании.
Перечисленные цели могут быть достигнуты при использовании ПЧ в таких отраслях как машиностроение, нефтегазовая промышленность, металлургия, химическая, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, текстильная, пищевая промышленности, переработка сельхозпродукции, станкостроение, кабельное производство и т.п.
Наибольший экономический эффект от внедрения ПЧ достигается в системах и агрегатах, обеспечивающих транспортировку жидкостей и газов. Это насосные и вентиляторные установки, дымососы, компрессорные станции, тягодутьевые механизмы. Основные цели использования преобразователей здесь – экономия электроэнергии и энергоресурсов, продление сроков службы оборудования, снижение затрат на обслуживание.
На начальном этапе выбора частотного преобразователя при определении целей его установки большое значение имеют схема и тип существующего привода механизмов на предприятии. От этого в полной мере зависит алгоритм выбора ПЧ.
Типовые ситуации при выборе ПЧ, которые в связи с вышеуказанным замечанием могут встретиться на практике, объединим в следующие три основные группы:
- Выбор частотного преобразователя для электропривода с асинхронным или
синхронным двигателем переменного тока.
Замена электропривода постоянного тока регулируемым асинхронным приводом переменного тока.
3. Решение задачи «с нуля», то есть регулируемый электропривод с ПЧ
проектируется для данного объекта на предприятии впервые.
В дальнейшем при изложении материала рассмотрим порядок выбора преобразователя применительно к первой ситуации для привода с асинхронным электродвигателем, поскольку она является превалирующей на практике, а алгоритм выбора при этом включает все основные этапы.
Ситуации 2 и 3 имеют определенные особенности, о которых мы скажем далее отдельно.
Результатом первого этапа должно быть: построение архитектуры системы управления объекта в целом, обозначение места преобразователя в ней, определение основного функционального назначения ПЧ.
2. Анализ объекта управления
Под объектом управления далее будем понимать электромеханическую систему, состоящую из исполнительного механизма (ИМ) и электрического двигателя, приводящего этот механизм в действие. Вид исполнительного механизма, его схема, характеристики и другие особенности однозначно определяются прикладной областью использования и его местом в технологическом процессе.
Рассмотреть всё существующее множество объектов управления, применяемых сегодня на практике и написать отдельную методику выбора ПЧ для каждого из этого множества в одном методическом пособии невозможно. Однако многие из них имеют аналогичные виды движений механической части, схожие характеры моментов и сил сопротивления, режимы работы и другие характеристики рабочих процессов. Поэтому мы рекомендуем методику выбора преобразователя для электродвигателя исполнительного механизма, относящегося к типовой группе объектов управления, а индивидуальные особенности в каждом конкретном случае предлагаем согласовывать при личном контакте с производителем ПЧ.
Таким образом, на втором этапе для формирования требований к выбираемому ПЧ Вам необходимо выполнить анализ объекта управления – исполнительного механизма и электрического двигателя.
Схема действий при выполнении анализа исполнительного механизма должна содержать пункты, позволяющие определить основные характеристики объекта управления в целом:
1. Тип механической нагрузки.
2. Режимы работы объекта.
3. Потребность в реверсе движения механической части.
4. Диапазон управления параметрами движения.
5. Точность поддержания параметров движения в установившемся режиме.
6. Динамические характеристики.
7. Пусковые свойства.
8. Наличие кратковременных перегрузок по моменту.
9. Потребность в превышении частоты вращения выше номинальной.
10. Дополнительные особенности.
При анализе электрического двигателя необходимо акцентировать внимание, прежде всего на определении следующих характеристик:
1. Тип двигателя.
2. Номинальная мощность.
3. Номинальный потребляемый электрический ток.
4. Номинальное напряжение питания.
5. Схемы соединения обмоток статора.
6. Номинальная частота питающего напряжения.
7. Номинальная частота вращения.
8. Коэффициент полезного действия.
9. Коэффициент мощности.
2.1. Характеристики исполнительного механизма
Кинематическая схема реального исполнительного механизма может быть весьма сложной и содержать элементы, которые совершают различные виды движения. Воздействие со стороны этих элементов на электродвигатель характеризуют моментом (силой) сопротивления, скоростью и ускорением.
Заметим, что при определении параметров частотного преобразователя мы будем вести речь о характеристиках движения исполнительного механизма, приведенных к валу электрического двигателя. Порядок приведения не оказывает влияния на выбор ПЧ, поэтому не является предметом рассмотрения в данном пособии. Он зависит полностью от кинематической схемы механизма.
Тип механической нагрузки – одна из главных характеристик исполнительного механизма, которая влияет на выбор частотного преобразователя для приводного электродвигателя. Главным фактором, влияющим на тип нагрузки, является момент сопротивления. В общем случае все существующие моменты сопротивления можно представить в виде трех составляющих:
- составляющей момента, связанной с различными видами трения, силами неупругой деформации, резанием и т. п., т. е. связанной с рассеянием энергии. Эту составляющую называют диссипативным моментом, его направление действия всегда противоположно движению;
- составляющей момента, связанной с изменением потенциальной энергии ИМ – моменты, обусловленные силой упругой деформации, силой тяжести, аэродинамическими силами. Направление действия этих моментов не зависит от направления движения;
- составляющей момента, обусловленной изменением кинетической энергии механизма, которая характеризует инерционные свойства движущихся частей.
Для определения типа нагрузки Вам следует воспользоваться механической характеристикой исполнительного механизма. Это зависимость между угловой скоростью и моментом сопротивления нагрузки, приведенная к валу электрического двигателя.
Покажем порядок действий при выборе ПЧ для конкретного типа нагрузки.
При всем многообразии ИМ их можно разделить на классы с четырьмя видами механических характеристик:
1.Момент сопротивления не зависит от угловой скорости (Мс=const). Механическая характеристика такого класса механизмов изображена на рис. 1. Здесь же
