Сегодня двигатели с интегрированным преобразователем частоты вращения используются практически во всех промышленных отраслях: в нефтедобыче, машиностроении, пищевом производстве, на горнодобывающих предприятиях и пр. Однако стоимость таких агрегатов обычно выше, чем у обычных асинхронных электромоторов. Так почему бы не использовать более экономичные решения? Давайте разбираться, в чем отличия двигателей с ЧРП от агрегатов без регулировки частоты.
Разница между частотно-регулируемым двигателем и обычным двигателем
Обычные двигатели рассчитаны на заданную частоту сети и соответствующую мощность. Поэтому они могут стабильно работать только в номинальных условиях. При принудительной регулировке частоты вращения, например, через изменение числа пар полюсов и напряжения на обмотках, возникает проблема отвода тепла от двигателя на низких оборотах и прочности подшипников на высоких оборотах.
Теплоотведение в обычных двигателях происходит в основном за счет самоохлаждения воздухом с помощью двух крыльчаток в торцевой части мотора. При низкой частоте вращения двигателя отведение тепла становится проблемой.
Появление двигателей с регулируемой частотой вращения в основном решает некоторые проблемы, с которыми сталкиваются обычные двигатели при работе на низких и высоких оборотах. Интегрированный в двигатель инвертор часто значительно повышает степень автоматизации и эффективность производства, делает электромотор более компактным. Сегодня такой агрегат повсеместно заменяет традиционные решения, где скорость регулируется механически или с помощью постоянного тока.
ЧРД может менять может произвольно менять частоту вращения в пределах своего диапазона регулирования без каких-либо повреждений. Тогда как большинство обычных асинхронных электромоторов работают только в режиме 380 В/50 Гц переменного тока. Их можно использовать с пониженной или повышенной частотой, но диапазон не должен быть слишком большим, иначе двигатель будет нагреваться или даже перегорать.
Охлаждающий вентилятор и его сердечник в обычных двигателях работают на одной линии, но в двигателях с регулируемой частотой они разделены. Поэтому, когда частота преобразования обычных вентиляторов слишком мала, они могут перегореть из-за перегрева.
Поскольку двигатели с регулируемой частотой вращения должны выдерживать высокочастотные магнитные поля, уровень их изоляции должен быть выше, чем у обычных двигателей. В принципе, обычные двигатели не могут приводиться в действие преобразователями частоты. Но на практике, в целях экономии средств, обычные двигатели используются для замены двигателей с регулируемой частотой вращения во многих случаях, когда требуется регулирование скорости.
Однако точность регулирования частоты вращения обычных двигателей невысока, и это часто делается при энергосберегающем преобразовании вентиляторов и водяных насосов. При использовании обычных двигателей для замены двигателей с регулируемой частотой пульсация преобразователя частоты должна быть как можно ниже, чтобы уменьшить повреждение изоляции.
Преимущества двигателей с регулируемой частотой вращения
- Облегчает пусковой режим привода.
- Позволяет двигателю долго работать, независимо от степени загрузки.
- Обеспечивает большую точность регулировочных операций.
- Позволяет контролировать состояние отдельных узлов в цепях промышленной электрической сети. За счет этого возможно вести постоянный учет количества времени, наработанного двигателями, чтобы потом оценивать их результативность.
- Наличие электронных узлов дает возможность диагностировать неисправности в работе двигателя дистанционно.
- К устройству можно подключать различные датчики обратной связи (давления, температуры). В результате скорость вращения будет стабильна при постоянно меняющихся нагрузках.
- При пропадании сетевого напряжения включается управляемое торможение и перезапуск.
В результате:
- повышается КПД, за счет чего можно сэкономить порядка 30-35 % электроэнергии;
- возрастает количество и качество конечного продукта;
- снижается износ комплектующих механизмов;
- увеличивается срок службы оборудования.
Характеристики двигателей с регулируемой частотой
ЧРД отличаются от обычных электромоторов по многим характеристикам.
Электромагнитная конструкция
Для обычных асинхронных двигателей основные рабочие параметры, которые необходимо учитывать при перепроектировании — это перегрузочная способность, пусковые характеристики, КПД и коэффициент мощности. Относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока в ЧРД обратно пропорционально частоте питания. Поэтому их можно запускать непосредственно при критическом скольжении, близком к 1.
Таким образом, перегрузочная способность и пусковые характеристики не требуют чрезмерного внимания. Ключевой вопрос, который необходимо решить, заключается в том, как улучшить адаптируемость двигателя к несинусоидальным источникам питания.
Метод, как правило, заключается в следующем: уменьшить сопротивление статора и ротора настолько, насколько это возможно. Это позволит снизить потери меди на основной волне, вызванное гармониками высокого порядка.
Основная магнитная цепь двигателя с регулируемой частотой вращения, как правило, рассчитана на ненасыщение. Во-первых, считается, что гармоники высокого порядка усиливают насыщение магнитной цепи. Во-вторых, на низких частотах, чтобы увеличить выходной крутящий момент, выходное напряжение инвертора должно быть соответствующим образом увеличено.
Проектирование конструкции
При проектировании конструкции основное внимание уделяется влиянию несинусоидальных характеристик мощности на конструкцию изоляции, вибрацию, шум, способ охлаждения двигателя с регулируемой частотой вращения. В целом, следует обратить внимание на следующие проблемы:
Класс изоляции, как правило, F или выше. Это усиливает заземление и прочность изоляции витков провода. При этом важно учитывать способность изоляции выдерживать импульсное напряжение.
Что касается проблем с вибрацией и шумом, то следует в полной мере учитывать жесткость компонентов двигателя и всего агрегата в целом. А также приложить усилия для увеличения его собственной частоты, чтобы избежать резонанса с различными силовыми волнами.
Обычно в ЧРД используют принудительное вентиляционное охлаждение. То есть вентилятор охлаждения главного двигателя приводится в действие независимым электромотором.
Для двигателей мощностью более 160 кВт следует принять меры по изоляции подшипников. Это связано главным образом с тем, что асимметрию магнитной цепи легко устранить, что также приводит к возникновению тока на валу. При объединении тока, генерируемого другими высокочастотными компонентами, ток на валу значительно возрастает, что приводит к повреждению подшипника.
Для двигателей с регулируемой частотой вращения постоянной мощности, когда частота вращения превышает 3000 об/мин, следует использовать специальную термостойкую смазку, чтобы компенсировать повышение температуры подшипников.
Различные методы управления преобразованием частоты позволяют управлять различными скоростями:
- U/f-регулирование — 150-1470 об/мин;
- векторное управление без датчика скорости и прямого регулирования крутящего момента — 60-1500 об/мин;
- векторное управление с датчиком скорости и прямого регулирования крутящего момента — 5-1500 об/мин.
Больше информации о частотно регулируемых двигателях для вашего предприятия вы можете получить у специалистов бренда «Владимирские моторы»: 8 (800) 333 47-37, motor@vecgroup.com.
