Специальная часть
Искусственные механические характеристики
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость магнитного поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.
Схема частотного электропривода приведена на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 − Схема частотного электропривода
Формула Клосса при частотном регулировании скорости примет вид
Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании приведены ниже:
n(об/мин)
M(Нм)
Рисунок 3.2 – Искусственная механическая характеристика при f=45,50,55 Гц
Выбор оборудования для модернизированной системы управления
SINAMICS G 150 это новая серия преобразователей частоты фирмы Siemens. Сфера их применения установки для нагнетания или всасывания полезной среды (насосы, вентиляторы и компрессоры). Благодаря модульной концепции, лежащей в основе конструкции SINAMICS G 150, компоновке системы охлаждения, а также схемотехнике на базе IGBT-элементов (биполярные транзисторы с изолированным затвором) эти преобразователи можно назвать самыми компактными и бесшумными в своем классе. Конструктивно преобразователь представляет собой шкафную конструкцию, полностью готовую к подключению. Рабочий диапазон мощности от 660
до 690 В ЗАС и от 110 до 560 кВт при от 380 до 480В 3AC.
Площадь, необходимая под установку преобразователя, снижена, по сравнению с устройствами предыдущих поколений от 50 до70%.
SINAMICS G 150 выпускается в двух конструктивных исполнениях: «А» и «С»: исполнение «А», кроме преобразователя включает в себя коммутационную аппаратуру, исполнение «С» представляет из себя собственно преобразователь без коммутационных элементов. Площадь под установку для исполнения «С» поэтому существенно уменьшена. Например, для преобразователя мощностью 160 кВт требуется площадь 406 на 605 мм (ШхГ), а для исполнения «А» той же мощности – 806 на 605 мм (ШхГ). SINAMICS G 150 может поставляться со степенями защиты IP20, IP21, IP23, IP54, причем повышение степени защиты не ведет к увеличению площади. Несмотря на внешнюю компактность, преобразователь имеет достаточно большой отсек кабельных вводов, так что подключение кабелей больших диаметров не создает проблем. Кроме того, подключение кабелей может производится как снизу, так и сверху также без увеличения площади под установку. Современная конструкция системы охлаждения и новейшие силовые компоненты позволяют ограничить уровень шума установки до 72 дБ при полной нагрузке. Соответственно, нет необходимости в дополнительных мероприятиях по защите от шума на этапе проектирования и инсталляции.
Простота при вводе в эксплуатацию и обслуживании. Управление и параметрирование преобразователя SINAMICS G 150 при вводе в эксплуатацию и работе осуществляется с панели управления, расположенной на двери шкафа и оснащенной большим графическим дисплеем. Благодаря удобной текстовой системе подсказок обслуживающий персонал легко может управлять устройством в диалоговом режиме. При этом, даже исчезает необходимость в дополнительных инструкциях, поскольку все необходимые параметры, такие как, значение тока и количества оборотов двигателя отображаются на дисплее. Процесс ввода в эксплуатацию поддерживается пятью свободно параметрируемыми функциональными клавишами. Для быстрого ввода в эксплуатацию достаточно ввести около десяти параметров, после чего автоматическая система поиска быстро идентифицирует электродвигатель и точно определит необходимые параметры для управления им. В процессе функционирования, с помощью графического дисплея возможно отображение до трех параметров привода, таких как, ток, действительное и заданное значения количества оборотов в квазианалоговом виде (в виде графика). Таким образом, возможно легко осуществлять быстрый контроль за «состоянием здоровья» приводных процессов во времени.
Высокую надежность и безопасность преобразователя
SINAMICS G 150 обеспечивает функция аварийного отключения, кроме того, дополнительно возможно оснащение устройства специальной панелью из прозрачного макролона для защиты от прикосновения к рабочим частям при открытых дверях. Функция векторного управления дает широкие возможности, необходимые для надежного управления насосами, вентиляторами и компрессорами, как например, «подхват на ходу» и автоматический повторный пуск. Другим, весьма существенным преимуществом частотно-регулируемых приводов с SINAMICS G 150, является возможность экономии энергии.
Рисунок 3.3 – Преобразователь частоты шкафного исполнения SINAMICS G150
На рисунке 3.4 приведено описание блока внешних сигналов, для возможной настройки преобразователя.
Рисунок 3.4 – Блок подключения внешних сигналов
По сравнению, например, с насосами с фиксированной скоростью вращения, которые с помощью дросселей работают с частичной нагрузкой, регулирование количества оборотов дает возможность, в зависимости от характеристики установки, экономить от 30% до 50% электроэнергии. Дополнительно, возможно избегать недопустимых режимов работы, которые могут возникать, например в насосах при частичной нагрузке вследствие завихрений, радиальных сил, а также резонанса или в случае работы с перегрузкой. Возможность избегать этих недопустимых режимов в значительной степени сохраняет механические рабочие части машин и установок и существенно уменьшает эксплуатационные затраты.
SINAMICS G 150 построен по модульному принципу с высокой степенью унификации компонентов. Отдельные модули, такие, как например, кассета с вентилятором, силовой блок и блок управляющей электроники, очень легко демонтировать (достаточно лишь выдвинуть его по направляющим) и заменить. Все эти факторы — высокая степень унификации компонентов, их взаимозаменяемость, простая диагностика с помощью графического дисплея на панели управления, являются преимуществами SINAMICS G 150. Модульная, унифицированная конструкция, легкость в обслуживании открывают в будущем новые пути поэтапной модернизации промышленного оборудования. По необходимости, возможно производить замену не всего устройства или установки в целом, а лишь отдельного модуля или блока. Лицензионное программное обеспечение управляющей электроники может быть легко актуализировано простой заменой «флэш»-карты.
Степень защиты IP20 (стандарт), и, как опция, IP21, IP23, IP43 и IP54.
Уже установленные предохранителями (опция L26): тип - 3NA3144; номинальный ток – 250 А; и предохранителем (с функцией защиты полупроводников) без разъединителя с предохранителями): тип - 3NE1230‑2; номинальный ток – 315 А.
Т аблица 3.1 Технические параметры преобразователя частоты
З аказной номер 6SL3710‑1GE32‑1CA0
М ощность, кВт 110
М аксимальные потери мощности, кВт 2.9
Н оминальный выходной ток, А 210
Н оминальный потребляемый ток, А 239
Сетевые предохранители эти предохранители специально разработаны в соответствии с требованиями защиты входных полупроводниковых элементов выпрямителей:
высокое быстродествие;
адаптированы для ограничения интеграла тока для полупроводниковых элементов;
низкое напряжение дуги;
улучшенное токоограничение.
Сетевые дроссели
Для питающей сети с высоким значением мощности К.З. сетевой коммутационный дроссель требуется для защиты самого преобразователя от значительно высоких гармонических токов, и, следовательно, от перегрузки – с одной стороны, а с другой стороны – для снижения обратного влияния на сеть (гармоники тока) до допустимых пределов. Величина гармоник тока зависит от общего индуктивного сопротивления, состоящего из сетевого дросселя и входного индуктивного сопротивления сети. Сетевые дроссели можно не использовать если входное индуктивное сопротивление сети достаточно велико, т.е. значение относительной мощности К.З. сети (RSC) должно быть достаточно мало.
Регуляторы скорости вращения SINAMICS G150 шкафного исполнения полностью соответствуют стандарту EN 61 800-3 электромагнитной совместимости электрических приводов, при условии, что эти шкафные регуляторы встроены в систему с учетом и в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости.
Для приводов SINAMICS G150 ниже приводится таблица с рекомендациями применения входных дросселей:
Т аблица 3.2 Характеристики выбранного дросселя
М ощность привода |
П рименение сетевого дросселя не требуется
|
Применение сетевого дросселя требуется |
|
|
|
|
|
|
|
kW |
Для RSC |
Код заказа (опции) |
Для RSC |
|
< 200 |
≤ 43 |
L22 |
> 43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Соответствие ограничениям, накладываемых нормами EN55011 для класса 1 (общепромышленное применение), обеспечивается применением предлагаемого фильтра электромагнитной совместимости вместе с использованием TN-системы (с заземленной нейтралью).
Тормозные блоки вступают в действие, если привод случайно и на короткое время переходит в генераторный режим, например, при торможении (аварийная остановка). Тормозные блоки (опцияL61, L62) состоят из силовой части импульсного преобразователя и внешнего нагрузочного сопротивления.
Для серии преобразователя SINAMICS G имеются тормозные блоки с мощностями торможения 100 кВт и 200 кВт, которые покрывают большой диапазон.
Для более высоких мощностей торможения и для более мощных преобразователей возможно параллельное подключение (по запросу) тормозных блоков.
Выбор необходимых тормозных блоков и тормозных сопротивлений:
для периодических нагрузочных циклов с длительностью нагрузки меньше или равно 90с определяющим является среднее значение мощности торможения в пределах этого нагрузочного цикла. Как базовое время нужно использовать настоящий период повторения импульсов;
для периодических нагрузочных циклов с длительностью нагрузочного цикла больше или равно 90с и для единичных процессов торможения нужно выбирать период 90с, в котором достигается самое большое среднее значение. Как базовое время нужно использовать период повторения импульсов 90с.
При выборе тормозных блоков/тормозных сопротивлений нужно учитывать наряду со средним значением мощности торможения также необходимую пиковою мощность торможения. В таблице 3.3 приведены параметры тормозного сопротивления для преобразователя SINAMICS G150.
Т аблица 3.3 Выбор тормозного сопротивления
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н апря- жение сети
|
Преобразо-ватели SINAMICS G150 |
Блок тормож. длит. мощность PDB |
Блок торм. Мощность. P40 |
Блок тормож. мощ. номин. P20
|
Блок тормож. макс. мощ. P15 |
Торм. Сопр. RB |
Макс. ток |
8 0 V |
110 kW |
25 kW |
15kW |
100 kW |
125 kW |
4.4 ±7.5 |
89 A |