Вопросы и ответы

Почему мы не можем использовать двигатель переменного тока с постоянными магнитами (PM), напрямую подключенный к сети? Сеть создает вращающееся магнитное поле статора с такой же частотой. Я предполагаю, что ротор должен вращаться, потому что его магнитное поле либо притягивается, либо отталкивается вращающимся магнитным полем статора непрерывно с частотой сети, но почему ротор просто вибрирует?

Ответ: Скорее всего это двигатель IPM синхронный двигатель со встроенными (инкорпорированными) магнитами (англ. IPMSM - interior permanent magnet synchronous motor) или SPM синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов (англ. SPMSM - surface permanent magnet synchronous motor),т.е обощенно синхронный двигатель с постоянными магнитами СДПМ. Постоянные магниты, расположенные на роторе СДПМ, создают постоянное магнитное поле. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора. В связи с этим СДПМ не может сам запуститься при подключении его напрямую к сети трехфазного тока (частота тока в сети 50Гц). В зависимости от марки они будут иметь внутренние датчики или интегральные схемы Холла.

Вы должны знать об использовании IPM или SPM;
1. Используя плавный пуск, двигатель с постоянными магнитами почти мгновенно достигает полной скорости/полного крутящего момента. Ударная нагрузка часто повреждает подключенные механические компоненты.
2. Необходимо контролировать напряжение.
3. Вы не должны запускать более одного двигателя на одном ЧРП.
4. Мощность ЧРП должна соответствовать двигателю (не путайте ЧРП мощностью 1 л.с. с двигателем мощностью 1/2 л.с.).
Примечание: Нагрев и сильный удар, а также сильное внешее магнитное поле могу размагнитить магниты.

STO (Safe Torque Off) берет свое начало у европейских производителей и выдвигается на передний план европейскими нормами безопасности. По состоянию на 2017 год STO широко используется как на европейском, так и на азиатском рынках в качестве базового компонента безопасности. Эта функция стала более распространенной в приводах на рынке США по мере разработки новых моделей частотно-регулируемых приводов и включения этой технологии.

Поскольку это еще не требование Северной Америки, большинство недорогих ЧРП не оснащены этой функцией, однако это, скорее всего, изменится с течением времени.

Теперь к основам…

Функция STO является основной встроенной в привод функцией безопасности. Это гарантирует, что к двигателю больше не будет поступать энергия, создающая крутящий момент, и предотвращает непреднамеренный пуск.
Вместо использования отдельных входных контакторов или реле безопасности, которые требуют дополнительной установки и обслуживания, ЧРП с функцией STO можно отключить за достаточно короткое время. Это достигается за счет момента нагрузки или трения и используется, когда выбег привода не имеет отношения к безопасности.
STO также обеспечивает более безопасную функциональность оборудования, которое должно часто останавливаться для обслуживания или остановки в рамках производственного процесса. Это обеспечивает безопасную работу, когда элемент, например, защитная дверь, открыт (блокировка перезапуска), и может использоваться в самых разных приложениях с подвижными осями, например, в погрузочно-разгрузочных работах, конвейерной технике.

В основном есть три способа остановить вращающуюся машину. Первый метод заключается в применении механического тормоза к системе: проблема, возникающая здесь, заключается в том, что системы с высоким крутящим моментом часто превышают возможности тормоза, что требует некоторого замедления до более разумной скорости перед применением механического подхода. Второй — просто «отключить» питание и позволить системе двигаться по инерции и трению. Это легко сделать… но может занять много времени, особенно для высокоскоростных систем большой массы. В-третьих, применить электрический «тормоз» с помощью рекуперативного ЧРП и/или резистора динамического торможения. По сути, резистор динамического торможения представляет собой свалку энергии, содержащейся во вращающейся системе, позволяя «сбрасывать» ее в виде электрической энергии.

«Контролируемые» остановки — это остановки, при которых машина довольно быстро снижается с рабочей скорости до полной остановки; как упоминалось ранее, это может быть достигнуто с помощью механических средств … но более крупное оборудование требует использования электрического торможения (типа динамического тормозного резистора). Выбор, использовать ли контролируемую остановку, является частью понимания приложения и процесса.

Выберите любой центробежный насос с расходом в рабочей точке на полной скорости, который значительно левее расхода в точке наибольшей эффективности. Затем запустите этот насос в системе со сравнительно высоким заданным давлением (например, одноступенчатый центробежный насос с рабочей точкой 20 м при полной скорости и статическим напором 18 м или минимальным заданным давлением — вы также можете использовать 60 м/55 м и получить аналогичный эффект). ). Затем проверьте удельную энергию для этой рабочей точки (т. е. кВтч/кл, которая при фиксированном общем перекачиваемом объеме является точным показателем того, сколько энергии вы будете использовать). Затем смоделируйте работу на низкой скорости и определите удельную энергию для этой рабочей точки, и вы, скорее всего, увидите значительное увеличение кВтч/кл по сравнению с рабочей точкой на полной скорости.

Обратите внимание, что фактическое значение кВт, потребляемое двигателем, вероятно, будет ниже при уменьшенной скорости. Увеличенное значение кВтч/кЛ говорит вам о том, что насосу придется работать гораздо дольше, чтобы перекачать тот же объем, и это в конечном итоге приведет к увеличению энергопотребления (т. например, если ваша помпа потребляет половину мощности, но работает в 3 раза дольше, чтобы доставить тот же объем, то вы использовали на 50% больше энергии, а не сэкономили 50%.

Если 2-полюсный стандартный двигатель 50 Гц будет работать с передаточным числом 4:1, какое повышение температуры ожидается?
И
если 2-полюсный инверторный двигатель с частотой 50 Гц работает с передаточным числом 4:1, какое повышение температуры ожидается? Например, «двигатель с инвертором прослужит в 4 раза дольше, чем стандартный двигатель?»
Я знаю, что вы можете использовать инверторный двигатель с передаточным числом 10:1. в то время как стандартный мотор 2:1. Я знаю рабочий диапазон VFD (частотно-регулируемый привод) для поршневых насосов. Насосы прямого вытеснения никогда не используют инверторный двигатель, даже если передаточное отношение 5:1 с 4-полюсным двигателем. Вместо этого они предпочитают использовать редукционный привод, который снижает общую эффективность системы и увеличивает стоимость.

Повышение температуры – это разница между температурой окружающей среды и температурой горячей обмотки. Двигатель с изоляцией 1,15 SF и классом F (для 1500 л.с. и меньше) рассчитан на 125°C по NEMA MG-1. Изоляция класса А рассчитана на 80°С, класса В – на 100°С. Вы можете попросить встроенный детектор в двигатель для контроля температуры двигателя.

Чтобы рассчитать повышение температуры двигателя, необходимо знать температуру горячей обмотки, и существует формула, которая включает горячую температуру, холодную температуру, горячее сопротивление, холодное сопротивление и константу K (234,5) для меди.

Производители двигателей классифицируют свои двигатели как инверторные, если они используют изоляцию класса F. Даст ли он в 4 раза больший срок службы, чем стандартный класс A или B? Не совсем. Они наматывают свои двигатели по классификации NEMA MG-1.
Количество полюсов не должно иметь никакого отношения к этому. Вы можете изменять 6-полюсный двигатель так же легко, как и 2-полюсный. Вы просто получаете другой диапазон скоростей от вала. Можно даже превысить скорость. Раньше я запускал обычные асинхронные двигатели с частотой 75 Гц. При должном инженерном внимании можно подняться намного выше.

Существует два типа дросселей, используемых с ЧРП: нагрузочные дроссели (или дроссели шины постоянного тока) и линейные дроссели переменного тока.
Последние - это дроссели, предназначенные для уменьшения содержания гармоник во входном токе (улучшения коэффициента мощности искажений) и уменьшения кондуктивных ЭМС-шума в сети питания.

В некоторых ЧРП любой из этих дросселей встроен в стандартную комплектацию, а в других нет. Естевственно , что ЧРП без дросселей меньше и дешевле, но в зависимости от применения может потребоваться их установка, чтобы соответствовать CE или аналогичным нормам EMI/EMC.

Посмотрите на осциллограмму входного тока через осциллограф (см. изображение ниже). Вы заметите, что он состоит из коротких высокоамплитудных импульсов тока на гребне волны (слева). Это связано с емкостным входным фильтром. Добавление дросселя уменьшит эти импульсы (справа).

1. Сравните характеристики крутящего момента постоянной, переменной и ударной нагрузки.
2. Проверьте необходимость применения дросселей, которые соединены последовательно с линией и нагрузкой преобразователя частоты.
3. Проверьте все ли учтены факторы при выборе ЧРП.
4. Убедитесь в достаточности степени защиты корпуса ЧРП.
5. Убедитесь, что протоколы связи, количество разъемов связи и прочее соответствует требованиям к интерфейсу оператора ЧРП.
6. Выясните, как свести к минимуму влияние электромагнитных помех в установке с ЧРП.
7. Определить последствия, в дополнение к потерям в линии, применения большой длины кабеля между ЧРП и двигателем. Свести длину кабеля к минимуму.
8. Убедиться в надлежащем заземлении ЧРП для его безопасной и надежной работы.
9. Подобрать контакторы и автоматические выключатели с соответствующими ЧРП характеристиками.
10. Составьте схему работы контроллера ЧРП и средств отключения двигателя.
11. Сравните типы встроенных защитных функций, которые можно запрограммировать в ЧРП, с требованиями в конкретном случае.
12. Сравните способы торможения двигателей постоянного тока с точки зрения их экономичности: динамический,рекуперативный и торможение противовключением.
13. Объясните принцип работы и какой вариант следует применить в конкретном случае.
14. Сравните цифровые и аналоговые входные и выходные управляющие сигналы ЧРП с требуемыми параметрами.
15. Сравните типичные предустановленные функции, которые могут быть назначены цифровым входам, с требованиями к ЧРП.
16. Почему для ЧРП не требуется блокировка прямого/обратного хода?
17. Сравните способ реализации логики управления в электромагнитном пускателе с жестким подключением и ЧРП.
18. Объясните термин «сухой контакт» применительно к релейному выходу ЧРП.
19. Перечислите типичные данные паспортной таблички двигателя, которые могут потребоваться для программирования в преобразователе частоты.
20. Объясните термин «снижение номинальных характеристик» применительно к ЧРП и перечислите факторы, которые могут потребовать снижения его номинальных характеристик.
21. "Сравните частотно-регулируемые приводы PWM, VVI и CSI. 
    
    
    • ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation)
    • Топология преобразователя напряжения (VSI): В приводе VSI выход постоянного тока диодно-мостового преобразователя накапливает энергию в конденсаторной шине для подачи жесткого напряжения на вход инвертора. Подавляющее большинство приводов относятся к типу VSI с выходным напряжением PWM.
    • Топология привода с инвертором тока (CSI) : В приводе CSI выход постоянного тока мостового преобразователя SCR накапливает энергию в последовательном соединении с индуктором для подачи жесткого тока на вход инвертора. Приводы CSI могут работать либо с ШИМ, либо с шестиступенчатым выводом сигнала."
22. Опишите, как поддерживается заданная скорость в контуре ПИД-регулирования.
23. Объясните термин параметр применительно к преобразователю частоты.
24. Перечислите несколько общих регулируемых параметров, связанных с частотно-регулируемым приводом.
25. В чем разница между параметрами программы и дисплея?
26. Какая потенциальная угроза безопасности связана с конденсаторами звена постоянного тока?
27. Когда в качестве индикатора неисправности используются светодиоды, что означает постоянное свечение по сравнению с миганием в преобразователе частоты?
28. Сравните работу автоматически сбрасываемых, несбрасываемых и настраиваемых пользователем параметров неисправности.
29. Объясните термин «очереди отказов» применительно к частотно-регулируемым приводам.

Форма выходного сигнала напряжения, как видно на осциллографе, не выглядит очень синусоидальной. Если посмотреть на ток двигателя, вы увидите синусоидальную форму волны. Процессор ЧРП запускает алгоритм аппроксимации напряжения, а регулятор крутящего момента напрямую управляет током двигателя. Лучшим способом улучшения формы сигнала ЧРП  является использование какого-либо фильтра на выходе. Это может быть простой линейный трехфазный линейный дроссель (3%), аналогичный входному линейному дросселю. Можно разработать фильтр типа LC для подключения к выходу ЧРП. Если вы решили спроектировать LC-фильтр, обязательно примите во внимание частоту модуляции IGBT. Частота модуляции может быть от 2 кГц до 16 кГц.

Двигатели с инверторным режимом разработаны специально для того, чтобы до определенного уровня воспринимать неидеальные формы волны. Этот уровень представляет собой комбинацию конкретного используемого ЧРП, двигателя и длины/емкости кабеля системы. Единственный случай, когда требуется минимальное выходное реактивное сопротивление, — это когда несколько инверторов подключены параллельно (чтобы они работали как единый блок большей мощности).

Решение с линейным дросселем — это простое и готовое решение. Размер линейного дросселя соответствует ожидаемому напряжению и току полной нагрузки при частоте 50/60 Гц. Вы должны использовать дроссель на 3%, что-то вроде (от 11 до 15 кВт, 0,45 мГн, 33 А). Если длина кабеля двигателя составляет 40 метров и более, использование фильтра рекомендовано.