Выбор преобразователя частоты

При определении характеристик преобразователя частоты для за­данной нагрузки необходимо принимать во внимание нагрузочных характеристик рабочих машин (Х=1; 2; 0 -1) . Существуют четыре различных способа расчета тре­буемых выходных параметров, при этом выбор способа зависит от характеристик электродвигателя.

Нагрузочные (механические) характеристики рабочих машин

Типоразмер преобразователя частоты зависит от механической характеристики рабочей машины. Наиболее широко ис­пользуются две механические (нагрузочными) характеристиками при Х=0 и Х=2 – вентиляторная. При Х=0 механическая характеристика не изменяется (она постоянна), при Х=2 ее можно принять за квадратическую.

• При увеличении скорости центробежных насосов и вентиляторов потребляемая ими мощность возрастает в третьей степени (Р = п³).

• Обычный рабочий диапазон центробежных насосов и вентиля­торов лежит в пределах скоростей от 50 до 90 %. Коэффициент на­грузки возрастает пропорционально квадрату скорости, т. е. прибли­зительно от 30 до 80 %.

Оба эти фактора проявляются в характеристиках крутящего мо­мента электродвигателя, управляемого преобразователем частоты.

На рис 3.08 и 3.09 показаны характеристики крутящего момента для двух типоразмеров преобразователей частоты, один из них (рис. 3.09) имеет меньший диапазон мощности, чем другой. Для обеих ха­рактеристик крутящего момента были заданы одинаковые нагрузоч­ные характеристики центробежного насоса.

На рис. 23 и 24 весь рабочий диапазон насоса (0…100 %) находится в пределах номинальных значений параметров двигателя. Поскольку обычный рабочий диапазон насоса находится в пределах 30…80 %, то можно выбрать преобразователь частоты с меньшей выходной мощ­ностью.

На рис. 23 и 24 по оси ординат показано изменение крутящего момента, про оси абсцисс – изменение скорости вращения.

Рисунок 23 . Преобразователь частоты большой мощности

Рисунок 24 Преобразователь частоты малой мощности

Если нагрузочный момент постоянен (Х=0), электродвигатель должен быть способен развивать крутящий момент, превышающий нагру­зочный момент, поскольку избыточный крутящий момент использу­ется для разгона.

Для разгона и обеспечения высокого начального момента, напри­мер в случае привода ленточных транспортеров (Х=0), достаточен крат­ковременный перегрузочный момент, составляющий 60 % от момен­та, развиваемого преобразователем частоты. Перегрузочный кру­тящий момент также обеспечивает системе способность преодоле­вать внезапные увеличения нагрузки. Преобразователь частоты, ко­торый не допускает никакого перегрузочного момента, должен вы­бираться таким образом, чтобы ускоряющий крутящий момент находился в пределах номинального крутящего момента.

Рисунок 25 Изменение перегрузочного крутящего момента, используемого для разгона

В составе ЧРЭП для асинхронного ЭД выбор и согласование параметров ПЧ и КЗ ЭД является главным вопросом.

Для выбора ЭД и ПЧ нужно учитывать следующие параметры [1]:

• диапазон регулирования частоты вращения ЭД (для определения числа пар полюсов ЭД и номинальной частоты вращения ЭД);

• нагрузочную характеристику (она определяет ограничения, связанные с охлаждением ЭД и выходом в зону ослабленного поля, т.е. на частоту вращения ротора ЭД выше его номинальной по техническим условиям на ЭД);

• требуемый крутящий момент ЭД (он требуется для определения мощности ЭД);

• тип и мощность ПЧ, учитывая следующие особенности:

• управление одним ЭД или группой;

• двигатель погружной;

• двигатель взрывозащищенный;

• многоскоростной ЭД.

Нагрузочные характеристики определяются четырьмя вариантами работы электродвигателя, с помощью которых принимаются решения относительно выбора типоразмера преобразователя частоты по мощности. Рассмотрим эти четыре этапа.

1. Выбор преобразователя частоты по току _, который потребляет электродвигатель (рис. 4). Если электродвигатель загружается не полностью, его ток может быть из­мерен при работе аналогичной системы с полной нагрузкой.

Рисунок 26 Выбор преобразователя частоты на основе номинального тока

Мощность ПЧ выбирают так, чтобы номинальный ток ЭД I_дв был меньше или равен току на выходе ПЧ I_пч

, А.

Пример

Электродвигатель 7,5 кВт, трехфазного напряжения 3 х 400 В потребляет ток 14,73 А.

Выбирают преобразователя частоты, у которого длительный макси­мальный выходной ток больше или равен 14,73 А при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента.

Примечание

Если преобразователь частоты выбирается на основе мощности (способы 2-4), необходимо сравнить расчетную мощность и мощ­ность, указанную в технических данных преобразователя частоты, при одном и том же напряжении. Если преобразователь частоты рас­считывается на основе тока (способ 1), этого не требуется, посколь­ку выходной ток преобразователя частоты влияет на другие данные.

2. Выбор преобразователя частоты по полной мощности , потребляемой электродвигателем и полной мощнос­ти, подаваемой преобразователем частоты (рис. 27).

Рисунок 27 Выбор преобразователя частоты на основе полной мощности

Пример

Электродвигатель 7,5 кВт, напряжение питания 3 х 400 В потребляет ток 14,73 А. Полная мощность, потребляемая из сети составляет

С учетом технических данных преобразователя частоты, то выбирают преобразователь частоты, у которого длительная максимальная выходная мощность больше или равна 10,2 кВА при постоянной или квадратичной характеристике крутящего момента.

3. Выбор преобразователя частоты можно по активной мощнос­ти , потребляемой электродвигателем. Однако данный способ является не точным, поскольку и коэффициент полезного дей­ствия изменяются от нагрузки (рис. 28).

Рисунок 28 Выбор преобразователя частоты по выходной мощности на валу

Выбор мощности двигателя: , (кВт). Мощность ЭД должна быть больше мощности нагрузки.

Пример

Электродвигатель мощностью 3 кВт, имеющий и , потребляет мощность

В соответствии с технических данных преобразователя частоты выбирается такой преобразователь, у которого длительная макси­мальная выходная мощность больше или равна 4,6 кВА при постоян­ной или квадратичной характеристике крутящего момента.

4. Выбор преобразователя частоты на основе стандартной серии электродвигателей. На практике номинальная мощность большинства преобразо­вателей частоты соответствует стандартной серии асинхронных элек­тродвигателей. Поэтому преобразователи частоты часто выбирают исходя именно из этого соображения, что, однако, может привести к неточному определению их характеристик, особенно если электро­двигатель не нагружается полностью (рис. 29).

Рисунок 29 Выбор преобразователя частоты на основе стандартной серии электродвигателей