Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 квт врд 39 10-052-2001 (стр. 3 из 13)
Увеличения нагрузочной способности двигателя можно достичь:
- повышением эффективности охлаждения;
- фильтрацией выходного напряжения преобразователя частоты;
- специальной конструкцией ротора.
Уровень изоляции
В преобразователе частоты с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходное напряжение (или ток) представляет собой ряд импульсов, а кабель между преобразователем частоты и двигателем может иметь протяженность 100 м и более. Если волновое сопротивление кабеля и обмотки двигателя не согласованы, происходит отражение волны напряжения в оба конца кабеля. Это отражение увеличивает пики напряжения на клеммах двигателя, а также в обмотке статора и может привести к пробою изоляции. Для защиты от этого негативного явления необходимо соблюдать следующие рекомендации [4]:
- если поминальное напряжение питания сети 415 В или меньше, усиление изоляции асинхронного двигателя не требуется;
- если номинальное напряжение питания сети 660-690 В, требуется усиление изоляции двигателя;
- если номинальное напряжение питания сети в интервале 440¸575 В, необходимо дополнительно учитывать длину кабеля между преобразователем частоты и двигателем, а также выходную мощность двигателя.
Существует ряд специальных мер для уменьшения перенапряжения в обмотках двигателя:
- установка фильтров на выходе преобразователя частоты;
- использование специальных «демпфирующих» (увеличивающих затухание отраженной волны напряжения) кабелей;
- применение ограничителей напряжения на клеммах двигателя.
Заземление
Правильная установка заземления очень важна вообще, но в приводе с преобразователем частоты ему должно быть уделено специальное внимание, чтобы гарантировать:
- работу всех защитных устройств и реле;
- минимальный или допустимый уровень электромагнитной помехи;
- допустимый уровень несущего напряжения, чтобы избежать токов, приводящих к повреждениям (отказам).
Необходимо учитывать, что в приводе с частотным преобразователем сумма напряжений фаз никогда не равна нулю. Это становится причиной трудности сохранения на корпусе двигателя нулевого потенциала. Емкостные напряжения и токи в случае плохого заземления статора могут воздействовать на питающее напряжение и вывести из строя оборудование.
Проверка двигателя при частоте вращения выше номинальной
Максимальный вращательный момент
В точке ослабления поля (наивысшая точка, где соотношение изменений U/f позволяет сохранять постоянным магнитный поток, называется точкой ослабления поля) с увеличением частоты вращения ротора магнитный поток двигателя и способность создавать вращательный момент уменьшаются в соответствии с зависимостью М ~ 1/f2. Поэтому на практике максимальный вращательный момент двигателя должен быть на 40% выше, чем момент сопротивления нагрузки для обеспечения процессов ускорения и торможения двигателя.
При использовании фильтров или дополнительных реактивных сопротивлений для улучшения параметров выходного напряжения и тока преобразователя частоты (приближения их к синусоидальной форме) необходимо обращать внимание на падение величины питающего напряжения двигателя при максимальном токе нагрузки. Падение напряжения должно быть не более 3¸7%. Это обусловлено тем, что максимальный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату величины питающего напряжения. Для устойчивой работы асинхронного двигателя и производственного механизма необходимо определенное сочетание механических характеристик двигателя М(n) и нагрузки Мс(n). Двигатель устойчиво работает, когда
[5].Конструкция подшипников
При проверке подшипников необходимо учитывать, что имеется предел частоты вращения, с которой вращается подшипник. Тип подшипника, размер, внутренняя конструкция, нагрузка и условия охлаждения, точность изготовления, внутренний клиренс определяют возможную максимальную частоту вращения.
Смазка
Тип смазки определяется режимом работы (эксплуатации) двигателя. Используя специальные смазочные материалы, можно увеличить максимальную частоту вращения, уменьшить трение и выделение тепла.
Шум вентилятора
Шум, вызываемый вентилятором двигателя, увеличивается с частотой вращения двигателя и становится доминирующим для 2-х и 4-х полюсных двигателей уже при частоте 50 Гц. Если частота вращения в дальнейшем увеличится, то и уровень шума будет выше. Увеличение уровня шума может быть вычислено по формуле:
dB(A), (3.1)где DL - увеличение уровня звукового давления, когда частота вращения изменяется в сторону увеличения от n1 к n2, dB(A); n1 и n2 - частоты вращения двигателя, об/мин.
Удвоение частоты вращения дает приблизительно 20 dB(A) уровня шума.
Шум вентилятора - это обычно так называемый «белый шум», содержащий все частоты слышимого диапазона.
Для уменьшения шума вентилятора применяется несколько методов:
- изменение конструкции вентилятора и его кожуха (уменьшение внешнего диаметра);
- использование специального вентилятора, осевой конструкции (одно направление вращения);
- использование глушителя для уменьшения всех компонентов шума.
Балансировка
Должны быть проверены точность балансировки и механическая напряженность всех вращающихся частей, включая муфты или шкивы.
Критическая скорость
Не должна превышаться 1-я критическая частота вращения стандартного двигателя даже в случае жесткого соединения с нагрузкой на валу. Гарантийный резерв должен быть равен 25% от критической частоты вращения. При невыполнении этого условия значения виброскорости могут выйти за установленные нормы и вызвать повышенный износ подшипников двигателя или его аварийный останов.
Уплотнение вала
При эксплуатации двигателя на частоте вращения выше номинальной, уплотнение вала требует специального внимания (V - образные кольца, масляные уплотнения, герметичный подшипник и т.д.). Уплотнения имеют предел частоты вращения, который не рекомендуется превышать. В особых случаях используются лабиринтные уплотнения без трения.
Проверка двигателя при частоте вращения ниже номинальной
Смазка
При уменьшении частоты вращения ротора асинхронного короткозамкнутого самовентилируемого двигателя ниже номинальной, производительность вентилятора, закрепленного на роторе, также уменьшается, что значительно ухудшает условия охлаждения двигателя и может привести к повышению температуры обмоток статора и подшипников до предельно допустимых значений. При увеличении значения температуры выше номинального на каждые 15°С интервал времени замены смазки должен уменьшаться в два раза. Если уменьшение интервалов невозможно, то рекомендуется использование высокотемпературных смазок с противозадирными присадками. При очень низких частотах вращения ротора двигателя невозможно создать масляную пленку между катящимися элементами и поверхностью качения. Это создает путь для электрического тока между шариками и несущими кольцами подшипника.
Охлаждение
Поток воздуха и охлаждающая мощность зависят от частоты вращения вентилятора. Чтобы увеличить охлаждающую мощность двигателя при низкой частоте вращения, может быть использован отдельный вентилятор с постоянной максимальной частотой вращения.
Электромагнитный шум
Гармонические компоненты напряжения преобразователя частоты увеличивают уровень магнитного шума двигателя. Частотный диапазон магнитных силовых волн, созданный в двигателе при питании от преобразователя частоты, настолько широк, что возможно возникновение резонанса в двигателе.
Типичная характеристика магнитного шума, вызванного частотным преобразователем - это частотный спектр, содержащий некоторые доминирующие частоты, которые изменяются с базисной частотой и частотами переключения, формируя частоты помех основным волнам.
Наилучший способ уменьшения составляющих магнитного шума:
• увеличение частоты переключения, дающей более высокие гармоники и меньшие амплитуды, чем чувствительность человеческого уха;
• фильтрация гармонических составляющих на выходе преобразователя или использование дополнительных сопротивлений;
• шумоподавитель двигателя;
• отдельная система охлаждения с «белым» вентиляторным шумом, которая покрывает магнитный шум.
4 НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Момент сопротивления механизма характеризуется начальным статическим моментом при трогании с места и характером изменения момента сопротивления в зависимости от скорости.
В общем виде для большинства вращающихся механизмов момент сопротивления Мс выражается формулой
, (4.1)где Мс.нач - начальный момент сопротивления вращающегося механизма (без учета момента трения покоя), н·м.; Мс.н - номинальный момент сопротивления механизма, н·м; Р - показатель степени; n - режимная частота вращения; nН - номинальная частота вращения, об/мин.
При Р = 0 момент сопротивления не зависит от частоты вращения, при Р = 2 момент сопротивления механизма вентиляторного типа изменяется пропорционально квадрату частоты вращения (числу оборотов в минуту).
Для того, чтобы сдвинуть механизм с места, нужно преодолеть момент трения покоя в подшипниках (начальный статический момент). Этот начальный момент сопротивления при трогании механизма необходимо знать для правильного выбора двигателя. Начальный момент двигателя должен быть выше начального статического момента сопротивления агрегата, иначе двигатель не сможет тронуться с места.