+38 044 496-18-88 +38 044 496-18-18 Контакты Написать
Энергоэффективные электродвигатели WEG в Украине
Категории:

- Техника
- WEG
- Новости

Асинхронные электродвигатели управляемые от преобразователей частоты Часть 4.

Критерии, касающиеся повышения температуры двигателей WEG при работе от преобразователя частоты

Падение момента

Для того чтобы сохранить увеличение температуры двигателей WEG в допустимых пределах при питании от преобразователя частоты, должны соблюдаться следующие пределы нагрузки (отслеживание состояния обмоток двигателя и магнитного потока).

ВНИМАНИЕ: Применения двигателей для использования во взрывоопасных зонах должны оцениваться особенно тщательно - в этом случае, пожалуйста, свяжитесь с WEG.

Условие постоянного магнитного потока:
Рассматриваются закрытые самообдуваемые двигатели класса КПД IE1 или более высокого класса эффективности.


WEG

Условие оптимального потока:
Рассматриваются закрытые самообдуваемые двигатели класса КПД IE2 или более высокого класса эффективности.

Запатентованное решение WEG "Оптимальный поток" было разработано в целях создания асинхронных двигателей WEG, способных работать на низких скоростях с постоянным моментом, сохраняя приемлемый уровень повышения температуры без необходимости завышения габаритных размеров двигателя или применения независимого вентилятора охлаждения.

Оно основано на непрерывной минимизации потерь в двигателе (источников тепла) посредством оптимизации его магнитного потока, этот параметр контролируется в преобразователях частоты серии CFW09.

Из исследования состава общих потерь в двигателе и их связь с частотой питающего напряжения, магнитным потоком и током, а также влияния системы вентиляции на повышение температуры двигателя, было установлено оптимальное значение потока для каждой частоты, обеспечивая непрерывную минимизацию общих потерь в двигателе во всем диапазоне скоростей.

Полученное решение реализовано в CFW09, для того, чтобы привод мог автоматически создавать оптимальный поток двигателя, достаточно произвести правильно простую регулировку преобразователя.

Потери в стали двигателя сильно зависят от частоты. Поскольку рабочая частота изменяется вниз, потери в стали постепенно уменьшаются. Интересно, что на низкой скорости необходимо увеличение магнитной индукции (плотности потока) двигателя, для того чтобы крутящий момент мог поддерживаться постоянным с меньшим током, который приводит к уменьшению тепловых потерь. При уменьшении скорости, менее интенсивное уменьшение напряжения пропорционально снижению частоты, приводит к оптимальному соотношению U/f, которое сводит к минимуму потери в двигателе в целом. Считается, что основными являются тепловые потери в обмотках двигателя.

Это решение разработано для применений с низкими скоростями вращения с постоянным моментом, и ни в коем случае не должно использоваться в применениях с переменным моментом или скоростях выше базовой частоты двигателя. Кроме того, решение WEG "Оптимальный поток" применимо в том случае если:

  • Двигатель питается от преобразователя WEG CFW09 версии 2.40 или выше;
  • Используется векторное управление без датчика обратной связи;

WEG


Пусковой момент

В соответствии с NEMA MG1 частей 30 и 31, двигатель должен обеспечивать пусковой момент, по меньшей мере, 140% от номинального момента потребляя не более 150% от номинального тока. Электродвигатели WEG при питании от преобразователей частоты соответствуют таким рекомендациям.



Критический момент

При скорости выше базовой, напряжение двигателя должно оставаться постоянным для постоянной мощности, как уже указано ранее. NEMA MG1 Часть 31 предписывает, что критический момент на любой частоте вращения в пределах определенного диапазона частот должен быть не менее 150% от номинального крутящего момента на этой частоте, при номинальном напряжении для этой частоты. Двигатели WEG при работе от преобразователя частоты удовлетворяют этому критерию на частотах до 90 Гц.

Максимально возможный крутящий момент двигателя (опрокидывающий момент) ограничивает максимальную рабочую скорость, на которой возможна работа с постоянной мощностью. Придерживаясь рекомендаций NEMA, можно приблизительно найти этот предел по следующему выражению:


WEG


Влияние преобразователя на систему изоляции

Эволюция силовых полупроводников привела к созданию не только более эффективных, но и более быстродействующих электронных ключей. Высокая частота коммутации IGBT-транзисторов, используемых в современных преобразователях частоты, вызывает некоторые нежелательные эффекты, на клеммах электродвигателя подключенного к преобразователю частоты, такие как:

  • увеличение электромагнитного излучения,
  • появление пиков напряжения,
  • большое отношение dV/dt (производная по времени от напряжения, то есть скорость нарастания электрического потенциала).

В зависимости от характеристик управления (сопротивления, емкости, управляющее напряжение и т.д.) и используемого ШИМ, при питании асинхронного двигателя с КЗ ротором от преобразователя частоты, импульсы напряжения в сочетании с сопротивлением, как кабеля, так и двигателя могут привести к периодическим перенапряжениям на клеммах двигателя. Которые могут ухудшить систему изоляции двигателя и, следовательно, уменьшить срок службы двигателя.

Кабель и двигатель можно считать резонансным контуром, который возбуждается прямоугольными импульсами от преобразователя.

Если значения R, L и С таковы, что пиковое напряжение превышает напряжение питания (VDC 1,41 Vin), то могут наблюдаться так называемые "броски" напряжения. Такие броски влияют на особенности межвитковой изоляции обмотки и зависят от нескольких факторов:

  • времени нарастания импульса напряжения
  • длины и типа кабеля
  • минимального времени между соседними импульсами
  • частоты переключений (несущей частоты)
  • управление несколькими электродвигателями


Время нарастания напряжения

ШИМ напряжению требуется некоторое время для нарастания от минимального до максимального значения. Этот период времени часто называют "время нарастания". В связи с большой скоростью переключения каскада инвертора, нарастание напряжения происходит слишком быстро. С развитием силовой электроники время нарастания напряжения становится все меньше и меньше.

Двигатели при работе от преобразователя частоты подвергаются воздействию очень высоких значений dV/dt, так что первый виток первой обмотки одной фазы подвергается воздействию высокого уровня напряжения.

Поэтому преобразователь частоты может значительно увеличить воздействие напряжения на обмотку электродвигателя, хотя благодаря индуктивным и емкостным характеристикам обмотки, импульсы затухают на последующих витках.


WEG

Таким образом, время нарастания (tr) имеет прямое влияние на срок службы изоляции, потому что чем быстрее нарастает фронт импульса напряжения, тем больше соотношение dV/dt на первой катушке и выше уровень напряжения между витками, в результате чего система изоляции быстрее изнашивается. Таким образом, система изоляции двигателя должна иметь улучшенные диэлектрические характеристики для того, чтобы выдержать повышенный уровень напряжения от преобразователей частоты.



Нормативные соглашения о времени нарастания

Определения времени нарастания (tr) в соответствии с NEMA и IEC стандартами отличаются, как показано ниже, что приводит к расхождениям в интерпретации и конфликтам между производителями и пользователями электродвигателей и преобразователей.


NEMA MG1 Part 30

WEG

tr: Время, необходимое для нарастания напряжения от 10% до 90% от значения уровня напряжения звена постоянного тока (≈1,41Uном)

NEMA описание dV/dt
Предположим, что номинальное напряжение мотора 460В.
VDC = 1.41 * 460 = 648.6В
ΔV = 0.8 * 648.6 = 518.9В

Принимая, что время нарастания = 0,1мкс, Δt = 0.1мкс


WEG



IEC 60034-25

WEG

tr: Время, необходимое для нарастания напряжения от 10% до 90% от значения пикового напряжения на зажимах мотора.

IEC описание dV/dt
Предположим, что номинальное напряжение мотора 460В с пиковым значением 1200В.
ΔV = 0.8 * 1200 = 960В

Принимая, что время нарастания = 0,25мкс, Δt = 0.25мкс


WEG

ПРИМЕЧАНИЕ: Благодаря кабелю, время нарастания на клеммах двигателя выше, чем на клеммах преобразователя. Тем не менее, очень распространенной ошибкой в расчете dV / dt является использование времени нарастания на клеммах преобразователя и пикового напряжения на клеммах двигателя, в результате чего значения dV / dt получаются завышенными. Например, принимая, что tr = 0,1 мкс (типовое значение для преобразователей) в предыдущем случае, то это привело бы к dV / dt = 9600 В / мкс!

Из-за различий, существующих в описаниях времени нарастания в NEMA и IEC стандартах, часто возникают недоразумения при расчете градиента напряжения (dV / dt).

В соответствии с NEMA критерием напряжение звена постоянного тока (1.41Vin) должно быть принято за 100% опорного напряжения для определения времени нарастания и расчета dV / dt. А в соответствии с IEC критерием 100% опорным напряжением должно быть принято пиковое напряжение на клеммах двигателя. Благодаря кабелю, время нарастания, которое рассматривается в IEC критерии, будет обычно выше, чем считается в NEMA критерии (которое является значением, заявленным изготовителем преобразователя). Таким образом, в зависимости от критерия принятого для расчета, получаются различные значения dV / dt, для одной и той же ситуации.

Критерии выбора изоляции для двигателей WEG основаны на NEMA стандарте, для того, чтобы не зависеть от способа установки мотора конечным клиентом. Кроме того, NEMA подходит для рассмотрения только линейного участка кривой для аппроксимации производной (dV / dt ≈ ΔV / Δt). IEC критерий использует пиковое напряжение на клеммах двигателя, что очень сложно рассчитать или оценить априори. Время нарастания на клеммах двигателя увеличивается благодаря высокочастотному сопротивлению кабеля. Соотношение dV / dt на клеммах двигателя (мягче, чем на клеммах преобразователя) также может быть рассчитано, но оно требует более точного измерения импульсов напряжения на клеммах двигателя и в большинстве случаев это не так легко сделать или даже не возможно, даже с учетом наличия высококвалифицированного персонала и хорошего осциллографа.

  голосов 8  голосовать WEG
31.07.2013

Вверх страницы Наверх


Популярные страницы
Для отображения блока требуется установить Flash Player




ПОИСК