Эксплуатация и ремонт частотно-регулируемых приводов

Технический университет Уральской горно-металлургической компании (ТУ УГМК) «Эксплуатация и ремонт частотно-регулируемых приводов» КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 2014 г. Оглавление Список сокращений 4 Занятие № 1. Тема: «Вводная часть: Назначение, состав, область применения, преимущества использования частотно – регулируемого электропривода (на конкретных механизмах)». 5 1.1. История развития электропривода 5 1.2. Функциональная схема современного электропривода 9 1.3. Место электропривода в современной технологии 11 1.4. Электропривод и современная энергетика 11 1.5. Общие требования к электроприводу 12 1.6. Частотно – регулируемый электропривод как способ энергосбережения 13 Занятие № 2. Тема: «Классификация механизмов по типу нагрузки (постоянный, переменный момент)». Механические характеристики АД при регулировании. 18 2.1. Классификация моментов и сил 18 2.2. Определение момента статической нагрузки 21 2.3. Естественная и искусственные механические характеристики АД 23 Занятие № 3. Тема: «Системы управления электроприводом. Основные типы систем управления частотно – регулируемым электроприводом (скалярная, векторная)». 27 3.1 Скалярный тип управления. 27 3.2 Векторный тип управления. 28 Занятие № 4. Тема: «Силовая часть электропривода. Обзор силовой части преобразователей частоты». 30 4.1. ПЧ на основе инвертера напряжения с ШИМ 30 4.2. Принцип ШИМ 32 4.2.1 Побочные эффекты ШИМ 36 4.2.2 Многоуровневый ШИМ 37 4.3. Торможение в электроприводах на основе ИН с ШИМ 39 4.4. Влияние на питающую сеть 39 4.4.1. Простейший диодный выпрямитель 39 4.4.2. Многофазные выпрямители 40 4.4.3. Симметричный ИН с ШИМ 41 4.5. Силовая часть высоковольтного ПЧ типа SB-57. 42 4.6. Примеры применения типа SB-19 и SB-57. 48 Занятие № 5. Тема: «Методика подбора преобразователей частоты». 54 5.1 Подходы внедрения ЧРЭ. 54 5.2 Выбор преобразователя частоты 55 Занятие № 6. Тема: «Обзор основных опций, методика подбора опций. Оформление ТЗ на поставку электропривода». 62 6.1 Опции современного электропривода 62 6.2 Оформление ТЗ на поставку электропривода 80 6.3 Заполнение опросного листа на поставку электропривода 82 Занятие № 7. Тема: «Требования к монтажу (типовые ошибки при монтаже) частотно - регулируемого электропривода». 85 7.1 Требования к монтажу преобразователей частоты 85 7.2 Меры для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) 93 7.3 Типовые ошибки при пуске преобразователей частоты 99 7.4 Рекомендации по решению проблем запуска ПЧ 100 Занятие № 8. Тема: «Наладка частотно – регулируемого электропривода. Формирование плана и отчета по ПНР». 102 8.1 Пуско – наладка частотно – регулируемого электропривода 102 8.2 Настройка блока динамического торможения 106 Занятие № 9. Тема: «Эксплуатация и ремонт частотно – регулируемого электропривода. Типовые аварии ПЧ, устранение и профилактика отказов оборудования. Ремонт»). 108 9.1 Введение по техническому обслуживанию и проверке ПЧ 108 9.2 Виды осмотра 110 9.3 Выявление и устранение неисправностей с помощью панели управления ПЧ 113 9.4 Ремонт ПЧ 119 Список сокращений АД – асинхронный двигатель АСУ – автоматическая система управления АИТ – автономный инвертер тока АИН – автономный инвертер напряжения Д – двигатель ДПВ – двигатель последовательного возбуждения ДПИ – датчики и преобразователи информации ЗУ – задающие устройства ИТ – инвертер тока ИН – инвертор напряжения ПМ– передаточный механизм ПНР – пуско – наладочные работы ПЧ – преобразователь частоты РО – рабочий орган РМ – рабочая машина МП – механический преобразователь ЭМП – электромеханический преобразователь (двигатель) ШИМ – широтно – импульсная модуляция IGBT – insulated gate bipolar transistor (Биполярный транзистор с изолированным затвором) Занятие № 1. Тема: «Вводная часть: Назначение, состав, область применения, преимущества использования частотно – регулируемого электропривода (на конкретных механизмах)». Цель: Ознакомить слушателей с назначением, областью применения и составом современного частотно – регулируемого электропривода. 1.1. История развития электропривода В любом производственном механизме можно рассмотреть три существенные части: • Д– машину - двигатель; • ПМ– передаточный механизм; • РМ(РО) – рабочую машину (рабочий орган), машину-орудие. Совокупность Д + ПМ= П представляет собой привод с его назначением – приводить в движение рабочую машину. Способ получения энергии, необходимый для выполнения механической работы в производственных процессах, на всех этапах истории развития человеческого общества оказывал решающее влияние на развитие производительных сил. Создание новых, более совершенных двигателей, переходы к новым видам привода рабочих машин являлись крупными историческими вехами на пути развития машинного производства. В электрическом приводе основным источником механической энергии становится электродвигатель, ХХ век можно назвать веком электричества, основной тип привода рабочей машины – электропривод. История электропривода начинается с первой половины ХIХ века. Открытие Хансом Кристианом Эрстедом закона механического взаимодействия магнитного поля и проводника с током (1819 г.) и Майклом Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831 г.) послужили мощным толчком к развитию прикладной электротехники. Рис. 1.1. Схема парового привода: Д– паровой двигатель; РМ– рабочая машина В 1834 г. русский академик Борис Семёнович Якоби при участии академика Эмилия Христиановича Ленца сконструировал электродвигатель, основанный на этих законах, и в 1838 г. создал первый электропривод постоянного тока. Применение электропривода в промышленности сдерживалось отсутствием надежных источников электроэнергии. Величайшее значение для всего дальнейшего развития электропривода имело открытие в 1886 г. Галилео Феррарисом и Николой Тесла явления вращающегося магнитного поля и, главным образом, благодаря комплексу выдающихся работ Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, который в 1888 г. предложил и реализовал трехфазную систему передачи электрической энергии переменного тока и разработал в 1889 г. трехфазный асинхронный двигатель с распределенной обмоткой статора и с короткозамкнутым ротором в виде беличьего колеса. Этот вид привода стал интенсивно внедряться в промышленность. Электродвигатель устанавливался вместо парового двигателя – появился групповой трансмиссионный электропривод, сохранялась разветвленная сеть передаточных устройств, через которую движение передавалось нескольким РМ, с сохранением всех недостатков трансмиссионного привода. В современной практике применяется групповой электропривод (рис.1.2.), но только для одной рабочей машины, все рабочие органы которой приводятся одним двигателем (примером может служить электропривод швейной машины, электропривод простейшего токарного станка). Рис. 1.2. Групповой привод Настоящей революцией в электроприводе и промышленности стал переход к индивидуальному электроприводу, в котором двигатель обеспечивает движение только одного рабочего органа рабочей машины (рис. 1.3). Рис. 1.3. Индивидуальный привод Достоинствами индивидуального электропривода являются: • приближение рабочих свойств двигателя к требованиям рабочего органа. На рис. 1.4 представлены механические характеристики асинхронного двигателя АД и двигателя постоянного тока последовательного возбуждения ДПВ привода стола продольно-строгального станка. При одинаковой рабочей скорости ДПВ и АД в режиме резания возвращение стола в исходное положение выполняется на холостом ходу, при этом скорость ДПВ значительно выше скорости АД, что позволяет сократить время возврата и увеличить производительность станка; Рис. 1.4. Механические характеристики двигателей стола продольно-строгального станка • перенос операции управления с рабочей машины на двигатель, появилась возможность электрического управления преобразованной электрической энергией. Для обеспечения 12 скоростей вращения шпинделя токарного станка при нерегулируемом АД с короткозамкнутым ротором требуется девять пар шестерён, при двухскоростном АД, когда скорость изменяется в два раза – семь пар шестерён, при применении двигателя с плавным регулированием скорости от преобразователя – только четыре пары шестерён. Таким образом, обеспечивается электрическое управление рабочим процессом, при этом снижаются габариты коробки передач; • возможность автоматизации рабочего процесса, когда каждым рабочим органом можно управлять по заданной программе работы. Таким образом, индивидуальный электропривод позволяет наложить на него функции приведения в движение и управления этим движением. К недостаткам индивидуального электропривода можно отнести более высокую первоначальную стоимость оборудования, а также снижение КПД и cosφ при уменьшении мощности двигателей (в групповом электроприводе – выше потери мощности в передачах). Разновидностью индивидуального электропривода является многодвигательный взаимосвязанный электропривод (рис. 1.5), в котором каждый рабочий орган рабочей машины приводится в движение несколькими двигателями (экскаватор – из-за сложности размещения электрооборудования на поворотной платформе, конвейер – из-за ограниченной прочности тягового органа). Исключение механических передач и приближение двигателя к рабочему органу РО приводит к созданию безредукторного электропривода с фланцевым или встроенным электродвигателем. Созданы электроорудия, где питание подводится к неподвижному ротору, а статор является частью рабочего органа. В электрошлифовалке на подвижном статоре устанавливается наждачный круг, в электроролике – несущая часть ролика, транспортирующего заготовки или другие штучные материалы. Рис. 1.5. Многодвигательный электропривод 1.2. Функциональная схема современного электропривода Современный электропривод является индивидуальным автоматизированным электроприводом. Функциональная схема современного электропривода показана на рис. 1.6. Силовой канал обеспечивает преобразование электрической энергии, поступающей из системы электроснабжения, в механическую энергию с параметрами, необходимыми для рабочего органа технологической установки. Электрический преобразователь энергии ЭП преобразует энергию сети в энергию, подаваемую на двигатель. Электромеханический преобразователь ЭМП (двигатель) преобразует электрическую энергию в механическую. Механический преобразователь МП – преобразует энергию с вала двигателя в энергию для рабочего органа. Информационный канал включает в себя автоматизированную систему управления АСУ, датчики и преобразователи информации ДПИ, задающие устройства ЗУ, управляющие устройства УУ и управляет потоком энергии, осуществляет сбор и обработку информации о состоянии и функционировании системы, диагностику ее неисправностей. Электроприводом называется современная электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов машин и управления их технологическими процессами и состоящая из электрического преобразователя ЭП, электромеханического преобразователя ЭМП, механического преобразователя МП и устройств управления. Рис. 1.6. Функциональная схема автоматизированного электропривода: 1.3. Место электропривода в современной технологии Все процессы, связанные с преобразованием электрической энергии в механическую и обратно, выполняются электроприводом (≈90% двигателей в промышленности – электрические). Гидропривод и пневмопривод находят применение в относительно небольшом числе установок. Преимущества электрической энергии: • возможность передачи энергии на большие расстояния; • постоянная готовность к работе; • легкость превращения в другие виды энергии. Если вычислительную технику называют мозгом современных технологий, то электропривод, обеспечивая заданное и точное выполнение программируемой механической работы, является мускулами современной технологии. Диапазон мощностей двигателей электроприводов составляет1012 (от мкВт – в приборных системах до десятков МВт – для привода компрессора на газовой перекачивающей станции). Диапазон применяемых скоростей близок к 1012 – от одного оборота за несколько часов (установки для вытягивания кристаллов полупроводников) до 150 тысяч оборотов в минуту (в высокоточных шлифовальных станках). Таким образом, область применения электропривода безгранично широка. 1.4. Электропривод и современная энергетика В течение одного рабочего дня один человек с помощью мускульной энергии может выработать около одного кВтч энергии. В высокоэлектрофицированных отраслях промышленности установленная мощность электродвигателей в среднем на одного работающего составляет четыре – пять кВт, что при семичасовом рабочем дне дает потребление 28 – 35 кВтч. Это означает, что рабочий управляет механизмами, работа которых за смену эквивалентна работе 28-35 человек. Таким образом, чем выше электровооруженность труда, тем выше его производительность. Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооружённости труда и является, благодаря своим преимуществам по сравнению с другими видами приводов, основным и главным средством автоматизации рабочих машин и технологических процессов. Электропривод – главный потребитель электроэнергии (более60% всей производимой электроэнергии), остальное потребляют электротехнологии, транспорт, освещение и т.п. В условиях дефицита энергоресурсов это делает особо острой проблему энергосбережения в электроприводе. Считается, что сегодня сэкономить одну единицу энергетических ресурсов (одна тонна условного топлива) вдвое дешевле, чем её добыть. Нетрудно предвидеть, что в перспективе это соотношение будет меняться: добывать топливо все труднее, т.к. запасы его все убывают. Итак, налицо две проблемы развития электропривода: 1) Расширение функциональных возможностей электропривода в разнообразных технологических производствах; 2) Острое требование экономно расходовать энергию и другие ресурсы. 1.5. Общие требования к электроприводу Главные показатели, характеризующие электропривод как систему, ответственную за управляемое электромеханическое преобразование энергии: 1. Надёжность – электропривод обязан выполнить заданные функции в оговоренных условиях в течение определённого промежутка времени. Если это не обеспечено, все остальные качества окажутся бесполезными. Неучёт надёжности приводит к тяжёлым последствиям; 2. Точность – главная функция привода – осуществлять управляемое движение с заданной точностью; 3. Быстродействие – способность системы достаточно быстро реагировать на различные воздействия; 4. Качество динамических процессов – обеспечение определённых закономерностей их протекания во времени; 5. Энергетическая эффективность – любой процесс преобразования и передачи энергии сопровождается потерями. Неоправданно большие потери – это зря затраченные энергетические ресурсы и труд людей по превращению их в энергию; 6. Совместимость электропривода с системой электроснабжения, особенно при внедрении тиристорных электроприводов большой мощности; 7. Ресурсоёмкость – материалоёмкость и энергоёмкость, заложенная в конструкцию и технологию производства, трудоёмкость изготовления, наладки, ремонта, эксплуатации. Этот показатель – самый сложный, комплексно связан как с предыдущими показателями, так и с уровнем технологии, экономической ситуацией и другими факторами. Все показатели – технические, т.к. обеспечиваются техническими средствами. Но вместе с тем все они имеют вполне определённый экономический смысл: чем выше какой-либо показатель – тем больше затраты. Кроме приведенных выше показателей имеют большое значение и такие показатели, как комплектность, заводская готовность, удобство эксплуатации и другие. 1.6. Частотно – регулируемый электропривод как способ энергосбережения Известно, что примерно 70% электроэнергии, потребляемой промышленным предприятием, приходится на электродвигатели переменного тока – синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором [1]. Асинхронные машины просты, надежны и сравнительно дешевы, но обладают одним недостатком, существенно влияющим на экономичность: у них постоянная частота вращения, практически не зависящая от нагрузки, в то время как большая часть нагрузочных механизмов, особенно таких, как центробежные вентиляторы, насосы, компрессоры, работают в переменном режиме. В большинстве случаев электроприводы переменного тока неуправляемы, поэтому в настоящее время производительность этих механизмов регулируют чаще всего клапанами или заслонками. Экономическая эффективность подобных методов крайне низка. Устройства частотного регулирования позволяют управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в соответствии с характером нагрузки, следовательно – реализовать наиболее экономичный режим любого процесса. Внедрение частотно-регулируемого электропривода достаточно перспективное направление, как с точки зрения энергосбережения, так и для автоматизации технологических процессов. ЧРЭ повышает управляемость электромеханических систем по технологическим требованиям, позволяет минимизировать установленные мощности и оптимизировать энергопотребление. Кроме того, преобразователь частоты, помимо регулирования скорости электродвигателя, выполняет функцию защиты электродвигателя и приводного механизма. Это значительно увеличивает ресурс работы электродвигателя, исполнительных механизмов. За счет функции плавного пуска величина пускового тока может не превышать величины номинального тока двигателя, что снижает нагрузки на пускорегулирующую аппаратуру и электрическую сеть. Основные направления использования частотно-управляемых электроприводов: • Замена регулируемых приводов постоянного тока. • Модернизация релейно-контакторных приводов переменного тока, например, подъемно-крановые механизмы и электрический транспорт. • Модернизация нерегулируемых электроприводов переменного тока для таких механизмов, как вентиляторы, компрессоры, насосы, транспортеры. Примерно 80% всех электродвигателей переменного тока, работающих на российских предприятиях, нуждаются в частотном управлении. Внедрение частотно-регулируемого привода, в зависимости от его режимов работы, позволяет экономить 30-65% потребляемой электроэнергии, а сроки окупаемости составляют до одного года. Эффективность применения частотно-регулируемого привода и сроки его окупаемости напрямую зависят от режимов работы привода, его технологических особенностей, степени автоматизации привода и технологической установки, в которую данный привод входит. В первую очередь внедрение ПЧ целесообразно в случаях, когда привод работает в режимах переменных нагрузок или требуется регулирование скорости производственного механизма. В табл. 1.1 по данным [4] приводятся типы электроприводов, области их применения, а так же указывается время работы в динамических режимах в процентном выражении. Таблица 1.1 Использование электродвигателей в промышленности Тип электродвигателя Область применения Время работы в динамических режимах, % Постоянного тока независимого возбуждения транспорт управление исполнительными устройствами 5 – 40 другие 10 – 20 Переменного тока асинхронные с фазным ротором мешалки 10 – 30 подъемно – транспортное оборудование 20 – 50 асинхронные с короткозамкнутым ротором транспортеры 2 – 10 синхронные сепараторы 5 – 20 вентиляторы 1 – 5 Трудно найти в настоящее время промышленный или какой-либо другой технологический процесс, в котором не используются электрические двигатели. Частотные преобразователи в этой связи представляют собой идеальные устройства для автоматизации систем управления самых различных технологических процессов. Широкий диапазон регулирования скорости вращения электродвигателя, высокая точность поддержания ее на установившихся режимах, плавный пуск и торможение электропривода, режимы энергосбережения – это лишь малый перечень преимуществ частотно регулируемого привода по отношению к другим типам приводов. Для достижения максимального экономического эффекта частотные преобразователи рекомендуем внедрять в тех процессах, где • „изменяется количество выпускаемой продукции в единицу времени; • требуется плавное регулирование параметров рабочего процесса механизма; • изменяется тип или структура исходного материала для разных видов выпускаемой продукции; • технологическое оборудование, насосы, вентиляторы, компрессоры работают с переменной, либо неполной нагрузкой; • требуются частые пуски, остановы, реверс приводных двигателей, приводящие к повышенным нагрузкам на оборудование и электропривод, к гидроударам в трубопроводах, сокращающие их срок службы; • применяются неэкономичные нерегулируемые электроприводы с механическими вариаторами, редукторами, муфтами и т.п.; • имеется перерасход электроэнергии и энергоносителей. Что экономить? Электроэнергию Теплоресурсы Моторесурс Эксплуатационные затраты Где экономить? Насосы Вентиляторы Компрессоры Транспортные системы Грузоподъемные механизмы Как экономить? Принцип экономии электроэнергии: вместо пережимания потока на выходе, целесообразно уменьшать скорость пропорционально потребности. Принцип экономии теплоресурсов: вместо работы на полной мощности, регулировать расход пропорционально потребности. Принцип экономии моторесурсов: вместо ступенчатого включения и выключения, регулировать время ускорения и торможения. Эффект от внедрения ЧРЭ • Экономия электроэнергии на механизмах с переменной нагрузкой; • Экономия энергоресурсов, воды, пара, воздуха и т.д., за счёт качественного поддержания технологического параметра; • Увеличения и улучшения качества выпускаемой продукции за счёт оптимизации технологического процесса; • Обеспечивает нормальную работу двигателя при понижении и повышении напряжения промышленной сети+10%; • При работе на скорости меньше номинальной уменьшает механический износ, тем самым увеличивает срок службы оборудования и уменьшает затраты на ремонтные работы; • Плавный пуск с исключением пусковых токов увеличивает срок службы электрического оборудования (двигателя, кабельной продукции, питающих трансформаторов) и исключает влияние на другие потребители питающей сети; • Повышение надежности работы электрооборудования за счёт качественной и надёжной защиты; • Снижение уровня шума, создаваемого технологическим оборудованием и уменьшения вибраций и нагрузок на опорные конструкции за счёт работы на пониженных скоростях; Увеличение межремонтных сроков и уменьшение трудозатрат на профилактическое обслуживание. Занятие № 2. Тема: «Классификация механизмов по типу нагрузки (постоянный, переменный момент)». Механические характеристики АД при регулировании. Цель: Ознакомить слушателей с классификациями нагрузок производственных механизмов и установок. Кроме электромагнитного момента на механическую часть электропривода действуют статические нагрузки, которые делятся на силы и моменты механических потерь и силы и моменты полезных нагрузок исполнительных механизмов: где первая составляющая суммы является суммарными потерями в двигателе и в исполнительном механизме, а вторая – суммарным приведённым моментом полезной нагрузки. 2.1. Классификация моментов и сил По характеру взаимодействия с электроприводом различаются активные и реактивные силы и моменты [3]. Активными силами и моментами называются силы и моменты, величина и направление которых не зависит от движения электропривода; например, силы и моменты, создаваемые перемещаемым по вертикали грузом. Механическая характеристика такого вида статической активной нагрузки изображена на рис. 2.1. a) б) Рис. 2.1. Активные нагрузки электропривода неуравновешенного (а) и уравновешенного (б) подъемных механизмов. В зависимости от соотношения масс и двигатель работает в тормозном () или двигательном () режимах. Силы и моменты, возникающие как реакции на движение электропривода, называются реактивными. Направление их всегда противоположно направлению движению электропривода. По характеру зависимости от скорости реактивных сил и моментов различают нагрузки типов сухого трения (рис. 2.2): а) б) Рис. 2.2. Реактивные нагрузки: сухое трение (а) и момент резания (б). В момент трогания силы сухого трения могут превышать свои значения при движении (рис. 2.2а). Силы и моменты вязкого трения зависят от скорости линейно (рис. 2.3): Рис. 2.3. Момент нагрузки типа вязкого трения. Момент внутреннего вязкого трения: где и – скорости на входе и выходе деформируемого элемента. Нагрузки, для которых зависимость , т.е. момент нагрузки не зависит от величины скорости, называются нагрузками с постоянным моментом (например нагрузки подъёмных механизмов). Нагрузки, для которых зависимость , т.е. момент нагрузки зависит от величины скорости, называются нагрузками с переменным моментом (например вентиляторные нагрузки). По характеру влияния на механические колебания все силы и моменты делятся на консервативные и диссипативные. При действии консервативных сил и моментов не происходит поглощение колебаний. Например, сила тяжести является консервативной силой, т. к. работа, осуществляемая этой силой за период колебаний, всегда равна нулю. При действии диссипативных сил происходит поглощение энергии колебаний. Примером является вязкое трение, т.к. при изменении знака скорости изменяется и знак момента, а механическая мощность сохраняет положительный знак, что соответствует поглощению колебаний. На практике распространённой является вентиляторная нагрузка (рис. 2.4): Рис. 2.4. Зависимость момента от скорости при вентиляторной нагрузке 2.2. Определение момента статической нагрузки Коэффициент полезного действия (КПД) механизма: ηмех=η1η2η3 .., где η1, η2, η3 – КПД элементов кинематической цепи. Если известен полезный момент нагрузки механизма Mмех, то для прямого направления энергии приведённый к валу двигателя момент статической нагрузки можно определить из равенства: ( – момент механических потерь в двигателе.) Следовательно, где - передаточное число от двигателя к рабочему органу механизма. При обратном направлении потока энергии, когда нагрузка является активной и двигатель должен работать в тормозном режиме, уравнение баланса мощностей можно записать как: В этом случае Момент механических потерь в двигателе невелик, он составляет 1-5% номинального момента двигателя. Во многих практических случаях полагают, т.к. точность определения момента Mмех невелика и он рассчитывается с некоторым запасом. При этом формулы приведения момента статической нагрузки к валу двигателя принимают вид: - для прямого направления передачи энергии (двигательный режим работы) - для обратного направления (тормозной режим работы) Если рабочий орган движется поступательно, то уравнение баланса мощностей имеет вид (ΔМ=0): Тогда Соответственно для обратного направления потока механической энергии Необходимо иметь в виду, что КПД передач зависит от нагрузки, а для червячного зацепления – и от направления передачи энергии, поэтому при расчётах следует использовать соответствующие зависимости η от полезной нагрузки передач. 2.3. Естественная и искусственные механические характеристики АД Зависимость момента, развиваемого АД от скольжения называется механической характеристикой АД. – электромагнитный момент АД U1ф – фазное напряжение на зажимах АД – скорость холостого хода АД – скольжение – активное сопротивление статора – активное сопротивление ротора – индуктивное сопротивление статора – индуктивное сопротивление ротора Механическая характеристика, полученная при номинальных параметрах (U1ф= UN, f=fN=50Гц и Rдоб = 0 ) называется естественной характеристикой. Рис. 2.5. Естественная механическая характеристика АД Искусственные характеристики получаются при изменении питающего напряжения, частоты питающего напряжения, индуктивности или введения дополнительного сопротивления Rдоб в цепи ротора (только для двигателей с фазным ротором). Рассмотрим вид искусственных характеристик. Рис. 2.6. Искусственные характеристики при Rдоб≠0 Критический момент АД, будет пропорционален квадрату рис.2.7 Рис. 2.7. Искусственные характеристики при изменении напряжения С изменением частоты напряжения сети пропорционально меняется скорость двигателя, обратно пропорционально частоте меняется критическое скольжение АД. Критический момент АД меняется при этом обратно пропорционально квадрату частоты. Механические характеристики показаны на рис. 2.8 Рис. 2.8. Искусственные характеристики при изменении частоты питающего напряжения Для того чтобы при частотном регулировании скорости перегрузочная способность двигателя по моменту осталась неизменной (, следовательно, и ), необходимо одновременно с изменением частоты осуществлять в той же пропорции изменение напряжения на статоре АД. Критический момент двигателя останется неизменным при . Рис. 2.9. Искусственные характеристики при частотном управлении Занятие № 3. Тема: «Системы управления электроприводом. Основные типы систем управления частотно – регулируемым электроприводом (скалярная, векторная)». Цель: Ознакомить слушателей с назначением систем управления электроприводом переменного тока. Сформировать у слушателей представление об области применения и отличиях скалярного и векторного управления электроприводом. Типы управления двигателями (Скалярное / Векторное) По способу управления электродвигателем частотные преобразователи можно разделить на две группы: с векторным и скалярным управлением, и каждая модель имеет свои преимущества и недостатки. 3.1 Скалярный тип управления. При скалярном (частотном) управлении формируются гармонические токи фаз двигателя это означает, что управление чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и КПД двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются. Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей. Скалярный способ управления позволяет осуществлять легкую регулировку, даже при использовании заводских настроек. Скалярные способы управления обеспечивали достижение требуемых статических характеристик и использовались в электроприводах со «спокойной» нагрузкой. На входе этих систем, как правило, включались задатчики интенсивности, которые ограничивали скорость нарастания (убывания) входного сигнала до такой величины, при которой процессы в системе можно считать установившимися. Рис. 3.1. Фунциональная схема скалярной САР электропривода Следует повторить, что перечисленные законы управления широко использовались и хорошо себя зарекомендовали в электроприводах, где не требуется быстродействия по управлению и нет резких изменений момента нагрузки. 3.2 Векторный тип управления. Векторное управление — метод управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя). Векторное управление применяется в случае, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150-200% от Мном. Это позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя. Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление». Векторный способ управления преобразователем частоты позволяет осуществлять гораздо более качественное управление электродвигателем, нежели скалярный. Однако, настройка такого преобразователя требует глубоких познаний в области устройства электропривода и электрических машин. Метод векторного управления с обратной связью по скорости – используется для прецизионного регулирования (необходимо использовать инкрементальный энкодер) скорости, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходим максимальный диапазон регулирования частоты при моментах близких к номинальному. Векторный метод работает нормально, если введены правильно паспортные величины двигателя и успешно прошло его автотестирование. Векторный метод реализуется путем сложных расчетов в реальном времени, производимых процессором преобразователя на основе информации о выходном токе, частоте и напряжении. Процессором используется так же информация о паспортных характеристиках двигателя, которые вводит пользователь. Время реакции преобразователя на изменение выходного тока (момента нагрузки) составляет 50…200мс. Векторный метод позволяет минимизировать реактивный ток двигателя при уменьшении нагрузки путем адекватного снижения напряжения на двигателе. Если нагрузка на валу двигателя увеличивается, то преобразователь адекватно увеличивает напряжение на двигателе. Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна. Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов. Рис. 3.2. Фунциональная схема векторной САР электропривода Занятие № 4. Тема: «Силовая часть электропривода. Обзор силовой части преобразователей частоты». Цель: Ознакомить слушателей с назначением и составом силовой части электропривода переменного тока. Рассмотреть состав, отличительные особенности и область применения электроприводов на 400В, 690В и 6кВ. 4.1. ПЧ на основе инвертера напряжения с ШИМ Главная цепь (рис. 4.1) содержит: • диодный выпрямитель; • реактор фильтра L; • конденсатор фильтра С; • инвертор напряжения. Выпрямитель обычно подключён к сети через трансформатор или токоограничивающий реактор (на схема не показан) Рис. 4.1. Регулируемый электропривод на основе ИН с ШИМ Инвертор содержит шесть полупроводниковых ключей. Каждый ключ содержит полностью управляемый полупроводниковый элемент, в настоящее время IGBT или IGCT, и обратный диод. Каждый IGBT управляется драйвером (D1 - D6). Драйвер: • усиливает и формирует импульсы управления для IGBT; • формирует диагностические сигналы для устройства автоматического управления; • гальванически изолирует цепи управления полупроводниковым элементом от устройства управления приводом (обычно через оптоканалы) [2]. Рис. 4.2. Регулируемый электропривод на основе ИТ с ШИМ 4.2. Принцип ШИМ Ключи в каждой паре, например V1 и V4, переключаются с определённой частотой – частотой модуляции. Чем большую часть периода модуляции открыт ключ V1, тем выше среднее значение потенциала точки U за период модуляции (рис. 4.2). Частота модуляции для современных IGBT – 1-20 кГц. Принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) удобно рассмотреть на примере анализа элементарного широтно-импульсного модулятора напряжения, изображенного на рис.4.3. Силовая часть модулятора выполнена в виде однофазного автономного инвертора напряжения, питаемого от источника постоянного тока. Нагрузка подключена к точке «А» соединения ключей 1А и 2А инвертора и к средней точке источника питания, т.е. в данном случае используется нулевая схема инвертирования. Система управления обеспечивает коммутацию ключей инвертора с высокой частотой, которую называют частотой ШИМ. Система содержит генератор опорного сигнала несущей частоты ГОСНЧ, сумматор, нуль-орган НО и формирователи Ф1, Ф2 дискретных сигналов f1* и f2* управления ключами инвертора. Как функциональный элемент широтно-импульсный модулятор напряжения непрерывный входной управляющий (задающий) сигнал u*(t) в высокочастотную периодическую последовательность импульсов выходного напряжения u(t). При постоянстве задания среднее значение выходного напряжения на периоде модуляции пропорционально задающему сигналу. При изменении величины задающего сигнала пропорциональное изменение среднего значения выходного сигнала обеспечивается изменением ширины импульсов, т.е. путём широтно-импульсной модуляции. Работу широтно-импульсного модулятора при u*(t)=const и uП(t)=const иллюстрируют временные диаграммы рис.4.4. Генератор ГОСНЧ формирует линейно-изменяющееся во времени опорное переменное напряжение uОП(t) несущей частоты. На каждом периоде несущей частоты или же периоде модуляции Т оно имеет симметричную пилообразную форму. В таком случае реализуется двусторонняя модуляция с симметричным сдвигом обоих фронтов выходных импульсов на полупериодах модуляции. Задающий и опорный сигналы суммируются и подаются на вход нуль-органа, имеющего симметричную релейную характеристику. Последний формирует дискретный сигнал f*(t), задающий состояния пары ключей инвертора. Формирователи сигналов Ф1 и Ф2 имеют взаимно инверсные релейные характеристики и сепарируют сигнал нуль-органа по двум каналам управления ключами инвертора. Кроме того, формирователи либо локальные устройства управления ключами реальных схем предусматривают небольшие временные задержки включения ключей (на графиках не показаны). Это необходимо для предотвращения коротких замыканий шин питания через ключи инвертора во время коммутации. Рис. 4.3. Элементарный широтно-импульсный модулятор Рис. 4.4. Временные диаграммы работы мостового широтно-импульсного модулятора Объединив три однофазных модулятора в трехфазную систему, получим схему трехфазного инвертора с ШИМ, изображенную на рис. 4.5. В качестве нагрузки здесь показан трехфазный асинхронный двигатель с соединением обмотки статора в звезду без нейтрального провода либо в треугольник. Система управления представлена в «классическом» варианте с использованием опорного сигнала, общего для всех фаз инвертора. Эта структура применима для реализации как в аналоговых, так и цифровых системах управления инверторами с ШИМ. Рис. 4.5. Трехфазный автономный инвертор с ШИМ, питающий асинхронный двигатель. Рассмотрим работу системы инвертор-двигатель в установившемся режиме. Пусть на входы системы управления инвертора приложены задающие гармонические воздействия: ua*(t)=U*cosΩSt; ub*(t)=U*cos(ΩSt-2π/3); uc*(t)=U* cos(ΩSt+2π/3), где U* - амплитуда; ΩS – угловая частота задающих воздействий, определяющая рабочую частоту инвертора. Пусть опорный сигнал имеет симметричную пилообразную форму. Временные диаграммы рабочих процессов в системе инвертор-двигатель представлены на рис. 4.6. Как видно, гармоническое изменение во времени входного воздействия ua*(t) по каналу фазы «А» вызывает соответствующую модуляцию ширины высокочастотных импульсов fa*(t) на выходе нуль-органа, задающего закон коммутации ключей данной фазы инвертора. График изменения электрического потенциала точки «А» на выходе инвертора аналогичен графику fa*(t). На рисунке так же показаны графики фазного напряжения ua*(t) на зажимах двигателя при соединении обмотки статора в звезду и линейного напряжения ubc*(t), не зависящего от варианта соединения обмоток. График фазного напряжения представляет собой пятиуровневую импульсную функцию со значениями: а линейного напряжения – трехуровневую импульсную функцию со значениями: . Рис. 4.6. Процессы в системе инвертор-двигатель при двусторонней синусоидальной ШИМ. Импульсы модулированы по ширине в пределах каждого полупериода рабочей частоты. Полезная составляющая ua1*(t) фазного напряжения (показана прерывистой линией) совпадает по фазе с задающим воздействием ua*(t). Амплитуда полезной составляющей пропорциональна амплитуде задающего воздействия. В данном примере соотношение периода модуляции Т и периода задающего воздействия ТS выбрано сравнительно небольшим (Т/ТS =1/27), что позволяет показать форму напряжений и токов на всем периоде рабочей частоты ТS. Как видно из графиков, благодаря широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора и фильтрующему действию нагрузки так статора двигателя isa(t) значительно приближен к синусоидальному. Графики управляющих сигналов, напряжений и токов в фазах «В» и «С» имеют вид, аналогичный виду графиков фазы «А», но сдвинуты во времени, соответственно, на одну и две трети периода рабочей частоты. График тока iП(t), потребляемого инвертором от источника питания, представляет периодическую последовательность высокочастотных импульсов, модулированных по амплитуде и ширине. Среднее значение графика тока пропорционально активной мощности нагрузки. Период импульсной последовательности составляет 1/6 периода рабочей частоты инвертора. Вследствие действия инвертора как коммутатора напряжений и токов график тока iП(t) по существу синтезируется из коротких отрезков графиков фазных токов нагрузки. Для иллюстрации этого на график тока питания наложен график фазного тока isa(t) (показан прерывистой линией). 4.2.1 Побочные эффекты ШИМ Проектирование схем силовых цепей и выбор режимов работы современных транзисторных преобразователей частоты с ШИМ представляет сложную комплексную задачу. При ее решении требуется учитывать не только преимущества, но и отрицательные побочные эффекты ШИМ, в том числе: • широкополосный спектр сигналов электромагнитных помех, излучаемых линиями питания от инвертора, а так же распространяющиеся через сетевые кабели питания преобразователя частоты; • генерацию емкостных токов в кабелях питания и элементах конструкции двигателя, что обусловлено крутыми фронтами и высокой частотой модуляционной составляющей выходного напряжения инвертора; • формирование в цепи нагрузки блуждающих электромагнитных волн, создающих при неблагоприятных сочетаниях нагрузки сочетаниях параметров цепи и режимов работы инвертора значительные перенапряжения, опасные для изоляции обмотки двигателя; • создание дополнительного модулированного шума двигателя, что обусловлено модуляционными высокочастотными колебаниями магнитной индукции в магнитопроводах двигателя, магнитострикционным преобразованием этих колебаний в механические, а затем в акустические колебания; • высокочастотные пульсации электромагнитного момента двигателя, обусловленные модуляционной составляющей напряжения инвертора. Проявление этих отрицательных эффектов может быть существенно ограничено установкой на выходе инвертора фильтров, подавляющих модуляционную составляющую его выходного напряжения и импульсные перенапряжения на зажимах нагрузки. Уменьшение наведенных помех в питающей сети достигается установкой фильтров в цепи питания преобразователя частоты. 4.2.2 Многоуровневый ШИМ В большинстве случаев переключение ключей осуществляется путём сравнения управляющего сигнала с периодическим модулирующим сигналом (в нашем примере – треугольной пилой). Гладкая составляющая потенциала точки U оказывается пропорциональной управляющему сигналу. Кроме гладких составляющих, линейные напряжения статора содержат также пульсации. При высокой частоте модуляции пульсации токов статора оказываются несущественными (из-за индуктивностей статора). Однако пульсации напряжения с крутыми перепадами оказывают негативное влияние на изоляцию обмоток статора. Поэтому данный вид ПЧ нельзя использовать непосредственно для серийных высоковольтных двигателей. Ситуация более благоприятна в многоуровневых инверторах напряжения с ШИМ. В таких инверторах потенциал каждого выходного зажима переключается не между максимальным и минимальным уровнями, а между промежуточными уровнями. Рис. 4.7. Многоуровневый ШИМ 4.3. Торможение в электроприводах на основе ИН с ШИМ Диодный выпрямитель не может передавать энергию в питающую цепь. Энергия, рекуперируемая электроприводом, может только повышать напряжение и энергию конденсатора фильтра. Поэтому в большинстве случаев для рекуперации энергии требуется дополнительное оборудование. Простейший вариант – резистор, подключаемый параллельно конденсатору фильтра через автоматически управляемый полупроводниковый ключ. В этом варианте энергия от тормозных режимов электропривода преобразуется в тепло. Если эта энергия достаточно велика, такой вариант невыгоден. В этом случае используется дополнительное устройство для рекуперации энергии в сеть (дополнительный ИН с ШИМ или реверсивный тиристорный выпрямитель вместо диодного выпрямителя). В некоторых случаях используют общий выпрямитель и общие шины постоянного напряжения для нескольких электроприводов. В таких случаях появляется дополнительная возможность использовать энергию торможения при неодновременном торможении приводом. 4.4. Влияние на питающую сеть 4.4.1. Простейший диодный выпрямитель Временная диаграмма для фазного тока и фазного напряжения на входе простейшего диодного выпрямителя (со сглаживающим реактором) показана на рис. 4.5. Форма тока близка к трапецеидальной. Основная гармоника тока сдвинута в сторону отставания по отношению к напряжению за счёт процессов коммутации вентилей выпрямителя. Угол сдвига незначителен, поэтому коэффициент мощности по основной гармонике высок: cosϕ1 ≈ 0.93-0.97. Однако гармонический состав тока неблагоприятен. Ток содержит высшие гармоники с кратностями 5, 7, 11, 13, 17, 19 …Чтобы искажение напряжения в узле нагрузки оставалось в стандартных пределах, необходимо соотношение мощности короткого замыкания в узле нагрузки к максимальной мощности электропривода: Ssc/ Pmax ≈40-50. Рис. 4.8. Напряжение и ток на входе мостового диодного выпрямителя 4.4.2. Многофазные выпрямители В высоковольтных регулируемых электроприводах средней и большой мощности используют последовательные многофазные выпрямители с эквивалентной 12 -фазной или эквивалентной 18 - фазной схемой по отношению к сети (подобно электроприводам постоянного тока). В эквивалентной 12-фазной схеме из токов исключаются 5-я и 7-я гармоники, в эквивалентной 18-фазной – 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники. Форма тока, потребляемого от сети эквивалентным 18-фазным выпрямителем, показана далее на рис. 4.9. Рис. 4.9. Форма тока, потребляемого от сети18-пульсным преобразователем Отличие формы тока от синусоидальной в этом случае существенно уменьшено. В результате, возможно питание электропривода от сети при соотношении мощности короткого замыкания в узле нагрузки Ssc/ Pmax ≈ 20-25. Такое соотношение почти всегда выполнимо. Поэтому дополнительные фильтры гармоник в сети не требуются. 4.4.3. Симметричный ИН с ШИМ Схема главных цепей такого ПЧ показана на рис. 4.10. Форма токов, потребляемых от сети, формируется за счёт ШИМ, подобно форме токов статора, и она близка к синусоидальной. Высшие гармоники напряжений фильтруются LC - фильтрами со стороны сети и со стороны статора. Рис. 4.10. Симметричный ИН с ШИМ Преобразователь на стороне сети (как и на стороне статора) может работать не только как выпрямитель, но также как инвертор, обеспечивая рекуперацию энергии в сеть в генераторных режимах электропривода. Выводы: 1. Современные ПЧ на основе ИН с ШИМ позволяют выполнить практические любые требования, предъявляемые к регулируемым электроприводам. 2. При проектировании регулируемого электропривода важной задачей является выбор варианта ПЧ и его основных параметров. Этот выбор определяется совокупностью требований со стороны рабочей машины, электродвигателя и питающей сети. 3. Особенно важно учитывать требования со стороны рабочей машины и двигателя в случае высокодинамичного электропривода: с высокой кратностью максимального момента и высоким быстродействием контура регулирования скорости. Основными параметрами ПЧ со стороны двигателя являются максимальное напряжение и номинальный ток. Следует иметь в виду, что постоянная времени нагрева полупроводниковых приборов в ПЧ несопоставима мала в сравнении с постоянной времени нагрева двигателя. Поэтому во многих случаях приходится выбирать ПЧ с номинальным выходным током, соответствующим максимальному току двигателя. В одном из примеров главного привода прокатного стана номинальное напряжение ПЧ UFCN= 1.35 UsN и номинальный ток ПЧ IFCN= 2.5 IsN. 4. Желательно выбирать вариант ПЧ таким образом, чтобы исключить необходимость в дополнительных фильтрах высших гармоник со стороны сети. При отношении максимальной мощности привода к мощности трансформатора, питающего узел нагрузки, Pmax/ STN> 0.2, следует использовать ПЧ с улучшенными характеристиками на стороне сети. 4.5. Силовая часть высоковольтного ПЧ типа SB-57. Для управления работой высоковольтного электродвигателя переменного тока необходимо применять специализированный высоковольтный ПЧ. Традиционно при конструировании высоковольтного привода применяется схема двойной трансформации рис.4.11. При использовании такой схемы необходима установка понижающего трансформатора на входе инвертора и повышающего на выходе. Рис. 4.11. Метод двойной трансформации В высоковольтном приводе SB – 57 производства ООО НПП «Уралэлектра» удалось отказаться от выходного трансформатора, применив последовательное включение инверторов на нагрузку. При последовательном включении инверторов ПЧ обеспечивает требуемое питающее напряжение для высоковольтного двигателя рис.4.12. Рис. 4.12. Метод прямого преобразования Силовая часть высоковольтного привода SB – 57 выполнена на базе АИН включённых последовательно, питающихся от многообмоточного трансформатора, каждый блок-инвертер запитывается от своей обмотки. Первичная обмотка трансформатора выполнена таким образом, что при подаче на нее входного напряжения, она создает круговое вращающееся поле. Вторичные обмотки разделены на три группы - по шесть обмоток в группе. Фазовый сдвиг между соседними обмотками в группе составляет 10° (55˚, 45˚, 35˚, 25˚, 15˚, 5˚). Это достигнуто за счет геометрического смещения в пространстве осей обмоток на 10°. Фазовый сдвиг между первой и шестой обмотками группы составляет 50°. Фазовый сдвиг между первыми вторичными обмотками в группе составляет 120. Трансформатор данной конструкции обладает более высоким КПД по сравнению с обычным трансформатором, что позволяет увеличить КПД инвертора. На номинальной частоте и нагрузке преобразователь имеет КПД достигает 98%. Кроме того, конструкция входного трансформатора позволяет равномернее загружать питающую сеть. Характер потребления тока при этом синусоидальный. Пример функциональной схемы такого привода на рабочее напряжение сети в 3,3кВ и 6,6кВ показан на рис. 4.13, рис. 4.14. Рис. 4.13. Силовая часть привода SB-57 на напряжение 3,3кВ Рис. 4.14. Силовая часть привода SB-57 на напряжение 6,6кВ На рис. 4.13, рис. 4.14. каждый из блоков U1 …Un, V1…Vn, W1… Wn имеет структуру, показанную на рис. 4.15. Рис. 4.15. Силовая схема инверторной ячейки привода SB-57 Применение указанной схемы для построения высоковольтного привода даёт ряд преимуществ: • многоуровневый ШИМ генерирует напряжение на выходе близкое к синусоиде • многоуровневый ШИМ уменьшает перенапрежения • низкий уровень генерируемых помех • существенное снижение генерации гармоник в питающую сеть (рис.4.16) • не требуется дорогостоящий многообмоточный повышающий трансформатор на выходе инвертерного блока Рис. 4.16. Гармоники, генерируемые в сеть ПЧ SB-57 Конструктивное исполнение: • Фронтальный доступ для обслуживания не требует пространства сзади для обслуживания, можно устанавливать вплотную к стене. • Не требуется дополнительного пространства для трансформатора, трансформатор установлен в оболочке, тем самым обеспечивается минимальная длина соединений между трансформатором и инвертером. • Удобное подключение питающего ввода Рис. 4.17. Внешний вид ПЧ SB-57, 6,6кВ Эксплуатация и обслуживание: • Лёгкий доступ к устройствам при эксплуатации и обслуживании • Блок управления установлен в отдельной экранированной оболочке • Низковольтные устройства полностью изолированы от отсека с высоким напряжением Рис. 4.18. Унифицированный модуль инвертера SB-57 Рис. 4.19. Инвертер SB-57, 6,6кВ 4.6. Примеры применения типа SB-19 и SB-57. 1. Центробежный насос • Особенность механизма Механизм с вентиляторной нагрузкой. Пуск длится от 1 до 5 секунд с начальным пусковым током 5-7Iн. Запуск и останов на закрытую задвижку(для исключения гидроудара). Регулирование производительности осуществляется напорной задвижкой. Глубина регулирования не должна выходить за рабочую зону характеристики насоса, т.к. это может привести к кавитации или помпажу. • Предпосылки применения ЧРЭ Прямые: Переменная нагрузка (изменение расхода в течение времени). Косвенные: Исключение из работы управление задвижкой для поддержания технологического параметра (давления, расхода, уровня) • Преимущества от внедрения ЧРЭ Электрические: • Обеспечивает нормальную работу двигателя при понижении и повышении напряжения промышленной сети+10%; • Повышение надежности работы электрооборудования за счёт качественной и надёжной защиты; • Исключения ударных пусковых токов. Механические: • При работе на скорости меньше номинальной уменьшает механический износ оборудования(подшипники, крыльчатка насоса); • Исключение кавитации и помпажа насосного агрегата; • Увеличивает срок службы сальниковых уплотнений; • Снижается износ запорной арматуры, т.к. большую часть времени задвижки полностью открыты; • Исключение ударных механических нагрузок при пуске и останове. Технологические: • Стабилизация технологического параметра(давления, уровня, расхода). Сервисные: • Увеличение межремонтных сроков и уменьшение трудозатрат на профилактическое обслуживание; • Снижение аварийности гидравлической сети за счет плавного пуска, останова и поддержания минимально необходимого давления; • Простота внедрения и технического обслуживания; • Увеличение срока службы механического и электрического оборудования; Коммерческие: • Сбережение энергоресурсов, снижение расхода электроэнергии до60%, экономия транспортируемого продукта до 25%; • Уменьшение затрат на обслуживание до30%; • Срок окупаемости зависит от параметров нагрузки, в среднем составляет 1, 2 года; 2. Вентилятор • Особенность механизма Механизм с вентиляторной нагрузкой. Большие маховые массы, пуск длится от 5 до 20 секунд с начальным пусковым током 5-7Iн. Двигатели, кабельная продукция и силовые трансформаторы выбираются с запасом для обеспечения тяжёлого пуска. Запуск на закрытый шибер (для исключения перегрузки при запуске). Регулирование производительности осуществляется шибером. • Предпосылки применения ЧРЭ Прямые: • Переменная нагрузка (изменение расхода в течение времени). Косвенные: • Исключение из работы управление шибером для поддержания технологического параметра (давления, расхода, разряжения). • Преимущества от внедрения ЧРЭ Механические: • Исключение проскальзывания приводных ремней при пуске; • При работе на скорости меньше номинальной уменьшает механический износ оборудования (подшипники, натяжные ремни); • Увеличивает срок службы приводных ремней; • Снижается износ запорной арматуры, т.к. большую часть времени шибер полностью открыт; • Исключение ударных механических нагрузок при пуске и останове. Технологические: • Устойчивая работа привода на пониженных скоростях улучшает условия розжига горелок котла; • Стабилизация технологического параметра (давления, разряжения, расхода). Сервисные: • Увеличение межремонтных сроков и уменьшение трудозатрат на профилактическое обслуживание; • Снижение аварийности оборудования за счет плавного пуска и работы на пониженных скоростях; • Простота внедрения и технического обслуживания; • Увеличение срока службы механического и электрического оборудования; Коммерческие: • Сбережение энергоресурсов, снижение расхода электроэнергии до50%; • Уменьшение затрат на обслуживание до30%; • Срок окупаемости зависит от параметров нагрузки, в среднем составляет 1, 2 года; 3. Мешалка, смеситель, мельница, декомпозёр • Особенность механизма Механизм с постоянной нагрузкой. Большие маховые массы, пуск длится от 5 до 20 секунд с начальным пусковым током 5-7Iн. Двигатели, кабельная продукция и силовые трансформаторы выбираются с запасом для обеспечения тяжёлого пуска. • Предпосылки применения ЧРЭ Прямые: • Изменение скорости вращения для получения качественного продукта(технология). Косвенные: • Исключение из работы механического устройства (вариатор, муфта) управления скоростью. • Преимущества от внедрения ЧРЭ Механические: • При работе на скорости меньше номинальной уменьшает механический износ оборудования (подшипники); • Исключение ударных механических нагрузок при пуске. Технологические: • Улучшение технологического процесса за счёт подбора необходимой скорости вращения. Сервисные: • Увеличение межремонтных сроков и уменьшение трудозатрат на профилактическое обслуживание; • Снижение аварийности оборудования за счет плавного пуска и работы на пониженных скоростях; • Простота внедрения и технического обслуживания; • Увеличение срока службы механического и электрического оборудования. Коммерческие: • Сбережение энергоресурсов, снижение расхода электроэнергии до 30%; • Уменьшение затрат на обслуживание до20%; • Срок окупаемости зависит от параметров нагрузки, в среднем составляет 2, 3 года; 4. Конвейер • Особенность механизма Механизм с постоянным моментом. Тяжёлые условия пуска (для протяжённых конвейеров), пуск длится от 1 до10 секунд с начальным пусковым током 5-7Iн. Двигатели, кабельная продукция и силовые трансформаторы выбираются с запасом для обеспечения тяжёлого пуск • Предпосылки применения ЧРЭ Прямые: • Изменение скорости вращения для получения качественного продукта (технология). Косвенные: • Частые пуски и остановы. • Преимущества от внедрения ЧРЭ Механические: • При работе на скорости меньше номинальной уменьшает механический износ оборудования (подшипники); • Исключение ударных механических нагрузок при пуске. • Исключение проскальзывания и обрыва ленты. Технологические: • Улучшение технологического процесса за счёт подбора необходимой скорости вращения. Сервисные: • Увеличение межремонтных сроков и уменьшение трудозатрат на профилактическое обслуживание; • Снижение аварийности оборудования за счет плавного пуска и работы на пониженных скоростях; • Простота внедрения и технического обслуживания; • Увеличение срока службы механического и электрического оборудования. Коммерческие: • Сбережение энергоресурсов, снижение расхода электроэнергии до 20%; • Уменьшение затрат на обслуживание до20%; Занятие № 5. Тема: «Методика подбора преобразователей частоты». Цель: Ознакомить слушателей с методикой подбора преобразователей частоты. Сформировать базовые навыки подбора преобразователей частоты. 5.1 Подходы внедрения ЧРЭ. Частотно регулируемый электропривод внедряется на промышленных предприятиях как в ходе мероприятий по модернизации существующего оборудования, так и при проектировании новых промышленных установок и технологических комплексов. При этом возможны следующие постановки задачи внедрения ЧРЭ: 1. Применить ЧРЭ на проектируемых установках (механизмах). 2. Произвести замену электрической части привода постоянного тока на привод переменного тока на существующем оборудовании. 3. Внедрить ЧРЭ на механизмах, на которых раньше применялся прямой пуск или энергетически затратные способы регулирования скорости (производительности) (реостатное регулирование, механические передачи, дросселирование, переключение «звезда – треугольник» и т.д.). При внедрении ЧРЭ на проектируемых установках или механизмах проектировщики должны выполнить ряд процедур, которые предваряют выбор ПЧ, а именно: • Предварительный выбор двигателя • Проверка двигателя по нагрузке Затем производится: • Предварительный выбор ПЧ • Проверка ПЧ по длительному току и перегрузке • Проектирование системы управления, обеспечивающей требуемые технологические параметры Для осуществления работ по проектированию заказчиком необходимо передать проектной организации максимально подробные сведения об автоматизируемой установке или технологическом процессе с перечислением требований по диапазону регулирования скорости, точности поддержания технологических параметров, быстродействию и т.д. В случае замены электропривода постоянного тока на электропривод переменного тока при замене ДПТ на АД следует руководствоваться следующими соображениями: • Номинальный момент АД не должен быть меньше номинального момента ДПТ • Синхронная скорость вращения вала АД должна равняться скорости вращения вала ДПТ 5.2 Выбор преобразователя частоты Для выбора преобразователя частоты необходимо иметь следующую исходную информацию табл. 5.1: Таблица 5.1. Исходная информация для выбора ПЧ № п./п. Параметр 1 Тип нагрузки 2 Номинальный ток двигателя 3 Напряжение питания 4 Условия окружающей среды 5 Требования по ЭМС 6 Необходимость быстрого торможения 7 Точность поддержания скорости/момента 8 Способ управления преобразователем 1. Определение типа нагрузки. • С постоянным нагрузочным моментом в рабочем диапазоне скоростей (конвейеры, лифты, экструдеры и т.п.). Для данного типа нагрузки характерны перегрузки до 10...50%. • С квадратичным нагрузочным моментом в рабочем диапазоне скоростей (насосы, вентиляторы, лопастные компрессоры). Для данного типа агрегатов характерны перегрузки не более 10%. Благодаря тому, что в агрегатах с квадратичным нагрузочным моментом не бывает значительных перегрузок, на данные агрегаты допускается установка ПЧ более низкого типоразмера. При определении типа нагрузки не допустимо на механизмы с постоянным нагрузочным моментом выбирать ПЧ более низкого типоразмера по данным для переменного момента, т.к. это повлечёт выход ПЧ из строя. 2. Определение номинального тока двигателя и напряжения питания. Информация содержится на шильдике двигателя. 3. Выбор мощности преобразователя. Сначала определите номинальный выходной ток ПЧ. Он должен быть равен либо превышать номинальный ток двигателя. В случае если преобразователь частоты рассчитан для асинхронного двигателя, эксплуатируемого многие годы, то рекомендуется выбирать ПЧ с заведомо завышенным выходным током. 4. Условия окружающей среды. Наличие пыли и влажность определяют степень защиты (IP) преобразователя по системе классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96): • IP00 • IP20 • IP21 • IP54 Первая характеристическая цифра указывает на степень защиты, обеспечиваемой оболочкой: • людей от доступа к опасным частям, предотвращая или ограничивая проникновение внутрь оболочки какой-либо части тела или предмета, находящегося в руках у человека; • оборудования, находящегося внутри оболочки, от проникновения внешних твёрдых предметов. Если первая характеристическая цифра равна 0, то оболочка не обеспечивает защиту ни от доступа к опасным частям, ни от проникновения внешних твёрдых предметов. Первая характеристическая цифра, равная 1, указывает на то, что оболочка обеспечивает защиту от доступа к опасным частям тыльной стороной руки, 2 — пальцем, 3 — инструментом, 4, 5 и 6 — проволокой. При первой характеристической цифре, равной 1, 2, 3 и 4, оболочка обеспечивает защиту от внешних твёрдых предметов диаметром больше или равным соответственно 50, 12,5, 2,5 и 1,0 мм. При цифре 5 оболочка обеспечивает частичную, а при цифре 6 — полную защиту от пыли. Таблица 5.2. Первая цифра — защита от проникновения посторонних предметов Уровень Защита от посторонних предметов, имеющих диаметр Описание — Нет защиты 1 >=50 мм Большие поверхности тела, нет защиты от сознательного контакта 2 >=12,5 мм Пальцы и подобные объекты 3 >=2,5 мм Инструменты, кабели и т. п. 4 >=1 мм Большинство проводов, болты и т. п. 5 Пылезащищённое Некоторое количество пыли может проникать внутрь, однако это не нарушает работу устройства. Полная защита от контакта 6 Пыленепроницаемое Пыль не может попасть в устройство. Полная защита от контакта Вторая характеристическая цифра указывает степень защиты оборудования от вредного воздействия воды, которую обеспечивает оболочка. Если вторая характеристическая цифра равна 0, то оболочка не обеспечивает защиту от вредного воздействия воды. Вторая характеристическая цифра, равная 1, указывает на то, что оболочка обеспечивает защиту от вертикально падающих капель воды; 2 — от вертикально падающих капель воды, когда оболочка отклонена на угол до 15º; 3 — от воды, падающей в виде дождя; 4 — от сплошного обрызгивания; 5 — от водяных струй; 6 — от сильных водяных струй; 7 — от воздействия при временном (непродолжительном) погружении в воду; 8 — от воздействия при длительном погружении в воду. Таблица 5.3. Вторая цифра — защита от проникновения жидкости Уровень Защита от Описание — нет защиты 1 Вертикальные капли Вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства 2 Вертикальные капли под углом до 15° Вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства, если его отклонить от рабочего положения на угол до 15° 3 Падающие брызги Защита от дождя. Вода льётся вертикально или под углом до 60° к вертикали. 4 Брызги Защита от брызг, падающих в любом направлении. 5 Струи Защита от водяных струй с любого направления 6 Морские волны Защита от морских волн или сильных водяных струй. Попавшая внутрь корпуса вода не должна нарушать работу устройства. 7 Кратковременное погружение на глубину до 1м При кратковременном погружении вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Постоянная работа в погружённом режиме не предполагается. 8 Длительное погружение на глубину более 1м Полная водонепроницаемость. Устройство может работать в погружённом режиме 9 Длительное погружение под давлением Полная водонепроницаемость под давлением. Устройство может работать в погружённом режиме при высоком давлении жидкости. Часто защита от попадания жидкостей автоматически обеспечивает защиту от проникновения. Например, устройство, имеющее защиту от жидкости на уровне 4 (прямое разбрызгивание) автоматически будет иметь защиту от попадания посторонних предметов на уровне 5. 5. Требования по электромагнитной совместимости (ЭМС). 6. Необходимость быстрого торможения. Определяет наличие/отсутствие тормозного резистора и прерывателя. Для снижения скорости электродвигателя до нуля используются три способа: торможение самовыбегом, сброс энергии на тормозной резистор и возврат энергии торможения в сеть (рекуперация). Для того чтобы осуществить торможение более быстрым способом, понадобится тормозной модуль («чоппер») и тормозной резистор, на который сбрасывается энергия. 7. Точность поддержания скорости/момента. Определяет тип системы управления ПЧ (скалярная/ векторная). 8. Способ управления двигателем. Определяет тип и количество интерфейсных плат преобразователя. Современные преобразователи могут работать в режимах «внешнего управления», когда преобразователь управляется внешними сигналами 0-10 В и 4-20 В, импульсными сигналами или по интерфейсу. Ключевой характеристикой, определяющей режим работы инвертора является его рабочий ток. Одной из распространённых ошибок при заказе является подбор ПЧ по номинальной мощности двигателя, т.е. ПЧ заказывается такой же мощности, что и имеющийся двигатель. Поскольку в зависимости от конструктивного исполнения и числа пар полюсов двигатели одинаковой номинальной мощности имеют разные номинальные токи, то такой «подбор» может привести к выходу из строя силовых ключей инвертора. Рассмотрим для примера характеристики асинхронных электродвигателей, производства Ярославского электромашиностроительного завода (ОАО Eldin) [7]. Табл. 5.4. Асинхронные двигатели, выполненные по ГОСТ Р51689 Типоразмер PN, кВт UN, В IN, A nN, об/мин (синхронная) A180M2 30 380 56 3000 А180M4 30 380 56 1500 A200L6 30 380 60 1000 A225M8 30 380 64 750 A250M12 30 380 73 500 Табл. 5.5. Асинхронные двигатели, выполненные по DIN EN 50347 Типоразмер PN, кВт UN, В IN, A nN, об/мин (синхронная) RAM200LA2 30 400 51 3000 RAM200L4 30 400 52 1500 RA200LA2 30 380 57 3000 RA200L4 30 380 58 1500 RA225M6 30 380 60 1000 RA250M8 30 380 64 750 Из таблиц табл. 5.4 – табл. 5.5 видно, что номинальный ток двигателей одной мощности в зависимости от числа пар полюсов может изменяться в довольно широком диапазоне. При этом если обратиться к линейке ПЧ серии SB – 19 табл. 5.5, то для двигателя мощностью 30кВт, работающего с Мном и постоянном характере нагрузки нужно использовать ПЧ номинальной мощности 42, 51 кВА. Табл. 5.6. Стандартный ряд ПЧ SB – 19 Наименование Характеристики Тип SB19 С250 С300 С400 С550 С750 Номинальные данные переменный момент Ном. мощность [кВА] 30 42 51 60 75 Выходной ток [A] 44 60 73 87 108 Мощность двигателя [кВт] 22 30 37 45 55 Несущая частота от 1 до 15 кГц (по умолчанию: тихий звук 4 кГц) Перегрузка 120% в течение 1 мин., 140% в течение 2,5 секунд постоянный момент Ном. мощность [кВА] 26 30 42 51 60 Выходной ток [A] 37 44 60 73 87 Мощность двигателя [кВт] 18,5 22 30 37 45 Несущая частота от 1 до 15 кГц (по умолчанию: тихий звук 4 кГц) Перегрузка 150% в течение 1 мин., 175% в течение 2,5 секунд Нагрузка на двигатель в рабочем цикле может меняться в широком диапазоне и двигатель может испытывать перегрузки по току (моменту). Преобразователь частоты должен в этом случае обеспечивать рабочие перегрузочные режимы работы двигателя, т.е. выдавать необходимый рабочий ток в течение заданного времени. Алгоритм выбора ПЧ по току: • Определение характера нагрузки (постоянная/ переменная). • Определение рабочего тока • Предварительный выбор ПЧ по длительному току • Проверка по токовой перегрузке (длительность и величина тока перегрузки). • Выбор ПЧ из стандартного ряда производителя (Iвых>= Iнагр. , tперегр.. >= tперегр.в цикле) После завершения процедуры выбора ПЧ по току следует определить необходимость опций для силовой части и для платы управления Занятие № 6. Тема: «Обзор основных опций, методика подбора опций. Оформление ТЗ на поставку электропривода». Цель: Ознакомить слушателей с назначением и номенклатурой опций для современных частотно - регулируемых электроприводов. Сформировать базовые навыки создания технических заданий на поставку оборудования. 6.1 Опции современного электропривода Опции современного электропривода можно разделить на две группы: • опции силовой части • опции системы управления Рис. 6.1. Дополнительные возможности электропривода К первой группе относятся различные фильтры, блоки динамического торможения, ко второй – платы расширения возможностей системы управления. Выбор тех или иных опций определяется требованиями, предъявляемыми к электроприводу. Рассмотрим подробнее опции силовой части привода. На рис.6.2 показаны все защитные элементы, которые можно условно разделить на входные и выходные. Входные элементы служат для подавления негативного влияния выпрямителя, выходные элементы предназначены для борьбы с проблемами, создаваемыми ШИМ–инвертором. К входным элементам относятся сетевые дроссели и сглаживающие дроссели. К выходным: дроссели du/dt; моторные дроссели; синус-фильтры. Рис. 6.2. Опции силовой части электропривода 1. Сетевые дроссели При использовании преобразователя частоты реактивная мощность из сети не потребляется, так как преобразователь не является индуктивной нагрузкой и сетевое напряжение питания, подводимое к преобразователю, сразу выпрямляется. Реактивная мощность присутствует только на участке цепи «преобразователь – двигатель», а этот участок, как правило, небольшой и потери в нем незначительны. Однако преобразователь частоты потребляет несинусоидальный ток и с этим связан ряд проблем. Одной из основных проблем являются сильные гармонические искажения входного тока. На диаграмме представлена реальная форма тока снятая с входа преобразователя (3 фазы 400 В мощность 5,5 кВт номинальный входной ток 13,2 А) нагруженного номинальной нагрузкой без дросселя и с дросселем рис.6.3, рис.6.4 соответственно. Рис. 6.3. Входной ток ПЧ без сетевого дросселя Рис. 6.4. Входной ток ПЧ с сетевым дросселем Как видно из графика при номинальном входном токе 13,2 А, выбросы достигают 33 –34 А без дросселя и 22 – 23 А с дросселем. Опасность таких выбросов состоит в том, что они могут оказывать сильное влияние на других потребителей, а в случае работы нескольких преобразователей от одной сети, они могут сильно влиять и друг на друга вплоть до выхода преобразователя из строя. Теперь рассмотрим разложение данных сигналов в ряд Фурье. Коэффициент, характеризующий несинусоидальность формы (коэффициент формы или power factor в зарубежной литературе) в данном случае равен 66 %. Рис. 6.5. Гармонический состав входного тока ПЧ без сетевого дросселя Рис. 6.6. Гармонический состав входного тока ПЧ с сетевым дросселем Коэффициент, характеризующий несинусоидальность формы (коэффициент формы или power factor в зарубежной литературе), в случае без дросселя равен 66%, при использовании дросселя равен 89%. Как видно из вышеприведенных диаграмм использование дросселя существенно влияет на форму потребляемого тока и значительно приближает его к синусоидальной. Сетевой дроссель является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т. д. (250Гц, 350 Гц, 550 Гц). Преимущества применения сетевых дросселей: • защищает преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети • защищает преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения • уменьшает скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты • повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока Рис. 6.7. Сетевой дроссель 2. Сглаживающие дроссели Сглаживающий дроссель выполняет те же функции, что и сетевой дроссель, кроме защиты преобразователя частоты от импульсных всплесков напряжения в сети и от перекосов фаз питающего напряжения. Рис. 6.8.Сглаживающий дроссель в звене постоянного тока Принцип действия большинства используемых на сегодняшний день преобразователей частоты основан на широтно-импульсной модуляции выходных импульсов напряжения (PWM – Pulse Width Modulation; ШИМ – широтно-импульсная модуляция). Получаемое таким образом напряжение имеет форму последовательности импульсов с очень коротким временем нарастания (высокая крутизна фронта), напряжение не является синусоидальным. Для инвертора это является положительным фактором, поскольку переключение в течение короткого промежутка времени позволяет поддерживать уровень, при котором потери в преобразователе сведены к минимуму. Однако, крутизна нарастания напряжения (du/dt) выходных импульсов, а также возрастающая частота переключения, используемая в инверторах, могут стать причиной возникновения паразитных явлений в кабеле двигателя и непосредственно в самом двигателе. Эти явления существенно влияют на сокращение долговечности двигателя и повышают вероятность аварии приводной системы в целом. Наиболее часто возникающие проблемы: a) высокая скорость нарастания напряжения (du/dt) – при небольшом расстоянии между инвертором и двигателем, высокая крутизна нарастания выходного напряжения инвертора негативно воздействует на изоляцию кабеля и его обмотку. В современных преобразователях показатели крутизны достигают отметки 10 и даже 12 [кВ/мкс], в то время как в двигателях допустимая крутизна нарастания напряжения не должна превышать 1 [кВ/мкс]. b) перенапряжение на клеммах двигателя – является результатом возникающих волновых явлений, которые иногда называют «Эффектом длинной линии электропередачи», «Эффектом отраженной волны» или «Эффектом стоячей волны». При длине кабеля около 10м уже наблюдаются признаки эффекта. Основная коварность этих следующих с высокой частотой импульсов перенапряжения заключается в том, что мотор «убивается» на протяжении длительного времени и часто выход из строя мотора не связывают с питанием его от ШИМ-инвертора. Мотор перематывают или устанавливают новый и все через некоторое время повторяется. Эквивалентную схему кабельной линии электропередачи можно представить в виде последовательного соединения паразитных емкостей и индуктивностей рассеивания кабельной линии: Рис. 6.9. Напряжение на обмотке двигателя без дросселя a) схема приводной системы (инвертор – кабель – двигатель); b) крутизна нарастания выходного напряжения инвертора; c) перенапряжение на клеммах двигателя d) Рис.6.10. Одиночный импульс выходного напряжения инвертора (верхняя осциллограмма) и напряжение на зажимах мотора (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин Рис.6.11. Напряжение на моторе (верхняя осциллограмма) и ток (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин Даже при невысокой индуктивности последовательность импульсов напряжения высокой крутизны приводит к возникновению перенапряжения. С увеличением длины кабеля повышается его результирующая индуктивность, а усиливающиеся волновые явления и перенапряжение могут повредить изоляцию двигателя. Величина перенапряжения на обмотках двигателя может достигать величины более 1000В. В то время как допустимое значение перенапряжения для низковольтного двигателя общепромышленного назначения ограничено величиной 1000В; минимальное время нарастания напряжения 2 мкс. c) дополнительные потери в двигателе и кабеле питания – высшие гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в кабеле питания, сердечнике двигателя и обмотке, особенно в «беличьей клетке» ротора. Это снижает КПД двигателя и приводной системы в целом. Дополнительные потери – это выделяемое тепло. Потери приводят к повышению температуры двигателя и кабеля, ускоряют процесс старения изоляции, значительно сокращая тем самым срок их службы. Надежность системы снижается. d) экранный, подшипниковый ток и токи утечки на землю –высокочастотные составляющие схемы замещения асинхронных двигателей и паразитные емкости кабеля питания относятся к тем параметрам, которые практически всегда остаются в стороне, т.е. не учитываются при сетевом питании. Значения этих емкостей находятся в пределах от нескольких до десятка с лишним нФ и для потребителей не имеют существенного значения. Проблема появляется только при питании двигателей от ШИМ-инверторов. При высокой частоте переключений результирующее реактивное сопротивление паразитных емкостей кабеля и двигателя уменьшается. Чем меньше значение результирующего реактивного сопротивления, тем большее количество тока проходит через паразитные емкости. Значения паразитного экранного, подшипникового тока и тока утечки на землю суммируются с соответствующей нагрузкой преобразователя (рис.9.5.a), что в критической ситуации (например, при применении длинных кабелей) может привести к необходимости изменения мощности инвертора и сечения кабеля питания. e) эмиссия электромагнитных помех – выходной сигнал напряжения ШИМ- инвертора состоит из основной гармоники (Гц), полосы несущей частоты (кГц) и гармоник высшего порядка (МГц), возникающих вследствие быстрого переключения транзисторных ключей. Именно последний диапазон частот отвечает за эмиссию электромагнитных помех. Данные помехи расходятся равномерно во всех направлениях, а кабель двигателя вместе с ШИМ - инвертором является основным источником электромагнитных помех всей системы автоматики машины. f) создание высокого уровня шума – кроме вышеперечисленных негативных результатов проявления высших гармоник в выходном напряжении инвертора, остается еще проблема шума. Гармоники с более высокой частотой приводят к возникновению свиста и «треска» двигателя, что влияет на комфорт обслуживания приводной системы. 3. Дроссели du/dt Эффект действия дросселей du/dt проявляется в защите изоляции обмоток двигателя от импульсов напряжения большой амплитуды с высокой скоростью нарастания обусловленных особенностью современных ШИМ–инверторов и эффектом «отраженной волны». Дроссели особо эффективны при небольшой длине моторного кабеля и низкой частоте ШИМ и являются тем необходимым минимумом, который должен обеспечить пользователь для надежной работы приводной системы. Преимущества применения дросселей du/dt: • повышение надежности и долговечности двигателя • ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt • успешное подавление электромагнитных помех в диапазоне частот от 1 до 30МГЦ Рис.6.12. Кривые напряжения перед и за дросселем du/dt. Рис.6.13. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма) . Дроссель du/dt (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м Рис.6.14. Напряжение на зажимах двигателя (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Дроссель du/dt (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м 4. Моторные дроссели Моторные дроссели в отличие от дросселей du/dt имеют более высокую индуктивность и поэтому могут работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает двигатель от негативного влияния ШИМ преобразователя частоты. Преимущества применения моторных дросселей: • повышение надежности и долговечности мотора • ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt • успешное подавление электромагнитных помех • уменьшение амплитуды перенапряжений на клеммах двигателя • снижение уровня шума двигателя Рис.6.15. Кривые напряжения перед и за моторным дросселем Рис.6.16. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа (22,4 мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м. Рис.6.17. Напряжение (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа (22,4мГн, 2,5А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 10кГц, длина кабеля 211м. 5. Синусные фильтры Синусный фильтр преобразуют импульсное напряжение ШИМ-инвертора на синусоидальное напряжение, эффективно ограничивают негативное влияние преобразователя частоты на двигатель и кабель питания. Коэффициент искажения THDU выходного напряжения фильтров типа EF3LC меньше 5%, поэтому условия работы двигателей аналогичны тем, что и при сетевом питании. Ток и напряжение являются синусоидальными, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Дополнительные потери в кабеле и двигателе, а также электромагнитные помехи сведены к минимуму, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Чаще всего синусоидальные фильтры применяются при длинных кабельных соединениях (позволяя использовать при этом неэкранированный кабель, который намного дешевле) и в приводных системах во взрывоопасных помещениях (поскольку исключают риск возникновения перенапряжения на клеммах двигателя). Наличие фильтров необходимо также в случае параллельной работы сразу нескольких двигателей, приводимых в движение от одного инвертора, а также при модернизации приводных систем старого типа, в которых привод и двигатель не были приспособлены к работе с инвертором. Преимущества применения синусных фильтров: • значительное улучшение качества выходного напряжения (THDu<5%) • повышение надежности и долговечности мотора • ограничение крутизны нарастания напряжения и перенапряжений на клеммах двигателя • возможность применения длинных неэкранированных кабелей, которые намного дешевле • ограничение экранных, подшипниковых токов и токов утечки на землю • устранение дополнительных потерь в двигателе и кабеле питания • снижение уровня шума двигателя Рис.6.18. Блок-схема приводной системы с синусным фильтром. Рис.6.19. Напряжение на моторе (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма) на зажимах инвертора синусного фильтра. Мотор 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м Рекомендации по применению фильтров ЭМС и моторных дросселей. Применение выходных (моторных) дросселей регламентируется инструкциями в случаях большой длины кабеля ПЧ-двигатель для компенсации реактивных составляющих сопротивления кабеля и резонансных явлений. Однако следует отметить, что исследуя форму выходного тока ПЧ, что независимо от длины кабеля ПЧ—двигатель, в выходном токе имеются выбросы, амплитуда которых в несколько раз превышает «номинальную» амплитуду. При комбинации неблагоприятных воздействий возможно появление критичных токов для выходных каскадов. Установка выходного дросселя полностью устраняет броски тока. Применение входного (сетевого) дросселя ограничивает броски тока, но не устраняет их полностью. Таким образом, в Российских условиях, для надежной работы преобразователей необходима установка входных/выходных дросселей. Фильтр электромагнитной совместимости (фильтр ЭМС) предназначен для устранения высокочастотных наводок, производимых ПЧ, на находящееся в округе оборудование, восприимчивое к высокочастотным помехам т.е. телеметрическая аппаратура находящаяся в котельных, компьютерная и телевизионная техника находящаяся на предприятиях и в жилых домах. Таким образом, применение фильтров ЭМС необходимо рассматривать как необходимое требование к качеству питающих сетей. Таблица 6.1 Опции привода SB – 19 Дополнительные возможности для силовой цепи Обозначение Устройство Назначение ACL Входной дроссель Если мощность трансформатора источника питания инвертора превышает в 10 раз мощность блока инвертора, всегда устанавливайте это устройство, чтобы защитить инвертор. (Баланс с источником питания). Эффективен для увеличения коэффициента мощности инвертора и для подавления высших гармоник тока. Коэффициент мощности 0.9. EMI Помехоподавляющий фильтр Фильтр подавляет электомагнитные помехи, создаваемые инвертором в диапазоне радиочастот (источником являются силовые кабели). DBU Блок динамического торможения Используется, когда необходимо затормозить двигатель методом динамического торможения. Дополнительные возможности платы управления V24-DN1 (ST-3480) Датчик скорости 1 (совместимый с энкодером) Плата датчика скорости (совместимая с энкодером с дифференциальными выходами) Рабочая частота: 60±10кГц и 20кГц. V24-DN2 (ST-3481) Датчик скорости 2 (совместим с линейным усилителем) Плата датчика скорости (совместимая с энкодером с линейным выходом) Рабочая частота: 250кГц (сигналы: фазы А,В,Z). V24-DN3 (ST-3482) Датчик скорости 3 (совместим с двигателем ПМ) Плата измерения скорости (положения поля) для управления двигателем с постоянными магнитами (совместимая с линейным усилителем выхода энкодера). Рабочая частота: 250кГц (сигналы: фазы А,В,Z,U,V,W) V24-DN4 (ST-3483) Датчик скорости 4 Плата определения скорости совместимая с энкодером Heidenhain ERN1387. 1Vp-p2-фаза, 2-синусоидная + Z-пульс фаза. V24-DN6 (ST-3483) Датчик скорости 6 Плата определения скорости совместимая с последовательным и синхронным выходом драйвера линии. V24-RY0 (ST-3477) Релейный интерфейс Используется, чтобы расширить входы/выходы. Дискретный вход: 4 входа(PSI8÷11) Дискретный выход: 4 выхода(PS04÷7) Продолжение таблицы 6.1 V24-PI0 (ST-3475) Параллельный интерфейс (В стадии разработки) Используется для управления от программируемого логического контроллера. Параллельный ввод данных – 16 бит Длина данных – Выбор между 16,12,8 битами Формат – Выбор между двоичным или двоично-десятичным Открытый коллекторный выход- 2выхода (PSO4,5) V24-AI0 (ST-3479) Аналоговый интерфейс AI/AO (В стадии разработки) Изолированные 4 аналог. входа, аналоговый выход. Аналоговый вход: 16 бит (диапазон входного сигнала ±10В) Аналоговый выход: 12 бит (диапазон выходного сигнала 10В) V24-SL0 (ST-3466) Интерфейс Profibus-DP Используется для обмена данными по сети с протоколом Profibus DP. Скорость передачи: 12Mб/сек Число станций: 126 станций V24-SL3 (ST-3472) Интерфейс CC-link Используется для обмена данными по сети CC-link. Скорость передачи: 156 kб/сек, 625kб/сек, 2.5Mб/сек, 5Mб/сек, 10Mб/ сек (настройки DIP – переключателем). Число станций: 64 станций V24-SL2 (ST-3470) Интерфейс DeviceNet (В стадии разработки ) Используется для обмена данными по сети DeviceNet. Скорость передачи: 125 kб/сек, 250 kб/сек, 500 kб/сек (настройки DIP – переключателем). Число станций: 64 станции V24-SL1 (ST-3468) Интерфейс СANopen (В стадии разработки ) Используется для обмена данными по сети CANopen. Скорость передачи: 125 kб/сек, 250 kб/сек, 500 kб/сек, 1Mб/сек Число станций: 128 станций (настройки DIP – переключателем). 6.2 Оформление ТЗ на поставку электропривода Задача принятия решения в технике электропривода определяется множеством возможных вариантов решений, подмножеством невозможных (недопустимых) вариантов решений; подмножество конечных (целевых) состояний; множество критериев выбора решения; множество критериев оценки принятой системы автоматизированного электропривода. Принятие типового решения осуществляется с использованием теории электропривода, теории построения систем управления электроприводами. Они характеризуется точностью, определенностью и гарантирует оптимальное решение. В процессе принятия решений выделяют следующие этапы: • восприятие и анализ работы технологического оборудования; • формулирование технических требований к системе автоматизированного электропривода; • определение множества возможных вариантов решений и их анализ; • выбор необходимого решения; • оценка принятой системы автоматизированного электропривода; • корректировка. Основой для выбора той или иной системы автоматизированного электропривода являются требования, предъявляемые к автоматизированному электроприводу. Их можно классифицировать следующим образом: 1. Основные требования: соответствие мощности требуемой нагрузки; наличие регулирования скорости, момента, положения и др. координат; диапазон регулирования; плавность; точность регулирования. Точность регулирования определяется возможными отклонениями координат от заданных значений под действием возмущающих факторов. Оценкой точности регулирования служит отношение наибольшего отклонения к среднему значению: где и – максимальное и минимальное значение скорости при заданном моменте и заданных пределах его изменениях. Рис. 6.20 Определение точности регулирования 2. Требования к динамике ЭП. Показателями являются быстродействие характеризующиеся временем переходного процесса, временем регулирования; перерегулирование; колебательность и т.д. 3. Требования к перегрузкам подразумевают возможность перегрузок (длительных, кратковременных) по току и моменту; их длительность. 4. Технологические требования определяются спецификой ЭП, областью применения и условиями эксплуатации. 5. Требования по надежности характеризуются безотказностью (вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ), долговечностью (ресурс между ремонтами, с рок службы), ремонтопригодностью (средняя продолжительность ремонта, трудоемкостью технического обслуживания). 6. Общие конструктивные требования характеризуются оперативность, удобство и безопасность обслуживания, устойчивость к климатическим воздействиям и пр. Оперативность обслуживания сводится к сокращению времени на подготовку ЭП к запуску, наладке. Чем меньше людей занято на запуске ЭП, тем выше качество его разработки. Под удобством обслуживания понимается такие конструктивные решения, которые дают легкий доступ к блокам и регулируемым элементам, контрольным гнездам. 7. Эксплуатационные требования включают в себя требования: по защите от внешних помех, к рациональным массогабаритным показателям; потерям в цепях и т.д. 8. Эргономические требования включают в себя требования, учитывающие гигиенические, антропологические, физиологические и психологические особенности человека, работающего в системе человек - машина. 9. Эстетические требования включают в себя: соответствие изделия стилю, функционально - конструкторской приспособленности, цветовому решению, тщательности покрытий и отделки поверхности, чистоты выполнения сопрягающихся поверхностей, четкости выполнение фирменных знаков, упаковки и т.д. 10. Экологические требования характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации. Так при ремонте электротехнических изделий возможно использование пайки оловянными припоями, различных масел, лаков, эмалей; возможно выделение вредных частиц при нагреве, что наносит вред окружающей среде. 11. Требования технологичности определяют требования к распределению затрат на материалы, покупные изделия, на подготовку производства и производство. 12. Требования к транспортабельности определяют приспособленность изделий к перемещению и могут характеризоваться средней продолжительностью подготовки изделия к транспортировке, трудоемкостью подготовки изделия к транспортировке, коэффициентом использования транспортного средства, продолжительностью разгрузки. 13. Требования стандартизации и унификации характеризуют насыщенность изделия стандартными, унифицированными и оригинальными частями. 6.3 Заполнение опросного листа на поставку электропривода После формирования ТЗ на поставку необходимо максимально точно заполнить опросный лист на поставку электропривода. Примерный вид опросного листа приведён в табл. 6.2. Для механизмов циклического действия дополнительно необходимо приложить к опросному листу нагрузочную диаграмму работы механизма ( – зависимость момента в функции времени) и тахограмму ( – зависимость скорости в функции времени). От полноты представленных заказчиком данных напрямую зависит насколько точно будет подобран ПЧ. Таблица 6.2 Опросный лист на поставку электропривода Преобразователь частоты переменного тока 1. Наименование предприятия/организации 2. Имя контактного лица 3. Телефон, факс 4. Краткое описание механизма, для управления которым будет использован электропривод. При установке на насосы – указать тип насоса (центробежный, поршневой и т.д.) и степень вязкости перекачиваемой жидкости. 5. Характеристика момента нагрузки механизма (постоянный момент/переменный момент) 6. Номинальные данные электродвигателя переменного тока Модель: Мощность: Ток: Напряжение: Частота вращения: Cosφ : КПД : Кратность пускового тока Iпуск / Iном: Кратность пускового момента Мпуск / Мном: 7. Какие функции должен выполнять электропривод: а) только плавный пуск и торможение двигателя б) пуск, торможение, регулирование скорости/момента 8. Если требуется регулирование, то каковы требования к точности регулирования скорости в %? 9. Величина времени пуска/торможения 10. Величина (в % от номинального тока двигателя) и продолжительность перегрузки по току 11. Если привод будет управляться от АСУ верхнего уровня, укажите требования АСУ к приводу: Название АСУ, фирма – производитель: Количество аналоговых входов/выходов: Продолжение таблицы 6.2 Режимы работы аналоговых входов/выходов (0-10 В; 4-20 мА и т.д.): Количество дискретных входов/выходов: Наличие последовательных портов (RS232/RS485): Необходимость наличия интерфейсов для работы со скоростными протоколами обмена данными (Modbus, Profibus DP, Interbus S и т.д.): 12. Будет ли привод использоваться вблизи жилых помещений или чувствительного электронного оборудования (требуется ли применение фильтра радиочастот для снижения уровня радиопомех от привода) ? 13. Длина силового кабеля между приводом и двигателем 14. Тип силового кабеля между приводом и двигателем 15. Место установки привода (в шкафу в помещении, на стене в помещении, на открытом воздухе и т.д.) 16. Тип силового кабеля между приводом и распределительным щитом 17. Условия окружающей среды в месте установки привода (или степень защиты) Температура: Влажность: Наличие агрессивных веществ: 18. Коммутационной аппаратуры между приводом и распределительным щитом 19. Дополнительная информация Занятие № 7. Тема: «Требования к монтажу (типовые ошибки при монтаже) частотно - регулируемого электропривода». Цель: Ознакомить слушателей с требованиями, предъявляемыми к монтажу ПЧ. Сформировать у слушателей понимание основных принципов монтажа преобразователей частоты. Обратить особое внимание слушателей на возможные ошибки при монтаже оборудования. 7.1 Требования к монтажу преобразователей частоты При работе преобразователей частоты на электрических элементах выделяется тепло, вызванное электрическими потерями. Для обеспечения нормального теплового режима работы ПЧ важно соблюдать требования завода изготовителя, касающиеся его установки рис.7.1. Рис. 7.1. Минимальные расстояния для вентиляционного пространства SB-19. При установке преобразователя в шкафу необходимо обратить внимание на эффективность охлаждения. Необходимо следить, чтобы поток воздуха от вентилятора шкафа проходил как можно ближе к преобразователю. Пример расположения преобразователя в шкафу приведен на рисунке 7.2. Рис. 7.2. Примеры размещения в шкафу: а) один преобразователь; б) несколько преобразователей Преобразователь должен быть размещен так, чтобы не попадать в поток воздуха от других преобразователей и тепловыделяющих элементов другого оборудования, в том числе от тормозных резисторов. Желательно избегать размещения одного преобразователя над другим. Вентилятор принудительного охлаждения шкафа должен быть установлен так, чтобы получить максимальный обдув преобразователя. Для исключения рециркуляции нагретого воздуха снаружи и внутри шкафа рекомендуется устанавливать отражательные щитки. К установке ПЧ производители предъявляют следующие требования: 1. Устанавливать вертикально. 2. Не использовать вне рабочих температурных диапазонов без применения спец. мер (подогрев / охлаждение воздуха). 3. Не устанавливать в следующих местах: Установка и подключение ПЧ типа SB-19 производятся при снятой передней крышке. Панель управления закреплена на специальных защёлках, так что передняя крышка может сниматься вместе с ней. Для снятия панели управления нужно крепко взяться за неё, как показано на рис. 7.3 и потянуть на себя. Для установки панели необходимо утопить её в месте крепления Рис. 7.3. Установка и снятие панели оператора. Крепление ПЧ типа SB-19 к монтажной поверхности осуществляется болтами в 4-х местах. Подключения кабелей осуществляется через сальники. Для доступа к клеммным колодкам ПЧ необходимо снять переднюю крышку. На рис. 7.4 и рис. 7.5 показан внешний вид ПЧ SB-19 типоразмеров до С300 и выше С400 соответственно. Рис. 7.4. ПЧ SB-19 типоразмера до С300. Рис. 7.5. ПЧ SB-19 типоразмера до С300. По завершению монтажа устройства можно приступать к подключению источника питания и двигателя. При этом должны выполняться следующие требования: 1. Со стороны источника питания инвертора необходимо установить силовой автоматический выключатель или быстродействующие предохранители с рабочим током, соответствующим входному току ПЧ (табл. 7.1). 2. Подключение кабелей на клеммник инвертора проводить при отключенном сетевом выключателе инвертора. В зависимости от типоразмера ПЧ клеммник инвертера может иметь различное исполнение рис.7.6. 3. Выполнять заземление инвертора. 4. Запрещается подключать источник переменного тока к выходным клеммам (U,V,W) преобразователя. 5. Соблюдайте правильность подсоединения к выходным клеммам (U,V,W). Несоблюдение этого условия может привести к тому, что двигатель будет вращаться в обратную сторону, и в результате может быть повреждено оборудование. 6. Соблюдайте правильность подключения тормозных резисторов и DCL реакторов. 7. Затягивать винты на клеммах до предписанного момента затяжки . Рис. 7.6. Варианты исполнения силовых клеммников ПЧ SB-19. Таблица 7.1. Рекомендуемые предохранители и автоматические выключатели Тип инвертера Рекомендуемая схема защиты Предохранитель / Расцепитель автомата (А) С10 UL-Сертифицированный предохранитель Номинальное напряжение 600В Класс Т быстродействующий Или Номинальное напряжение 600В Класс J быстродействующий 15 15 С15 15 15 С25 15 15 С35 15 15 С55 20 15 С80 25 20 С110 30 25 С150 40 30 С200 UL-Сертифицированный предохранитель Номинальное напряжение 600В Класс Т быстродействующий Или Номинальное напряжение 600В Класс J быстродействующий UL-Сертифицированный неплавкий предохранитель MCCB 50 40 С250 60 50 С300 80 60 С400 100 80 С550 125 100 С750 150  125 С1000 200 150 С1200 225 200 С1400 300 225 SС1700 350 300 С2000 400 350 SС2500 500 400 С3300 600 500 С4000 800 600 С4600 1000 800 С5500 1200 1000 К подключению цепей управления предъявляют следующие требования: 1. При подключении к клеммнику цепей управления необходимо разводить трассы силовых проводов и проводов управления. Для этого силовые кабели и кабели цепей управления необходимо заводить через разные сальниковые вводы (недопустимо заводить через один ввод силовой и кабели цепей управления). При пересечении силовых кабелей и кабелей цепей управления необходимо придерживаться угла в 90˚. 2. Длина цепи управления вход /выход должна быть как можно более короткой. При длине более 100м рекомендуем установить развязывающие элементы. 3. Для аналоговых сигналов (задания, датчика и т.п.) используйте двухжильный провод или двухжильный экранированный провод. Необходимо скручивать провода между собой для минимизации наводимых помех. 4. Аналоговый выход предназначен для измерительных приборов, таких как частотомер или амперметр. Он не может быть использован для сигналов управления, таких как: обратная связь. 5. Клеммы внутреннего источника питания предназначены исключительно для питания внутренних дискретных цепей. Они не предназначены для питания каких -либо внешних устройств. 6. Всегда проверяйте правильность подключения проводов. В это время не следует проводить проверку мегаомметром и прозвонку цепей управления. По завершению электрических подключений необходимо проверить: • Не осталось ли обрезков провода или инородных металлических частиц около клемм? • Не ослаблены ли какие-либо винты? • Не ослабли ли болты? • Правильно ли было проведено подключение? • Нет ли клемм, соприкасающихся между собой? • Правильно ли выставлены джамперы и DIP –переключатели? 7.2 Меры для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) Для соблюдения требований (стандарты ЕМС 89/336/ЕЕС) при эксплуатации преобразователя SB-19 необходимо выполнить монтаж силовых кабелей и кабелей цепей управления определённым образом. ПЧ SB-19 соответствует требованиям ЭМС и предназначен для использования в условиях промышленности и коммунального хозяйства. Данные приводы прошли тестирование c силовыми кабелями и кабелями управления, подсоединенными как показано на рис. 7.7. Если при подсоединении приводов используется меньшее количество кабелей (проводов) управления, чем в приведенных примерах, можно снизить затраты на установку, заменив экранированные кабели (провода) на простые кабели. Производитель настоятельно рекомендует проводить тестирование соответствия в реальных условиях работы, чтобы убедиться, что требования ЭМС соблюдены. Если приводы используются с дополнительными платами, следует предпринять дополнительные меры и убедиться при помощи теста, что изделие, система или установка соответствуют стандартам ЭМС. Рис. 7.7. Автономная установка SB-19, обеспечивающая нормы ЭМС. Подсоединение цепей управления Цепи (провода) управления выбираются в соответствии с инструкциями, указанными в руководстве по эксплуатации. Экранированные кабели используются для цепей задания скорости, цепей подачи сигнала с аналоговых входов или релейных входов. Экран должен быть подсоединен только к клемме заземления или клемме СОМ. Кабели управления должны быть проложены отдельно от силовых кабелей. Если кабели управления проходят по силовым кабелям, они должны пересекаться под прямым углом. Если они прокладываются рядом друг с другом, они должны быть разнесены друг от друга, по крайней мере, на 0,3м. Если длина участка, который проходит вдоль силового кабеля, превышает 10м, его следует разнести еще более, чем на 0,5м. Кабели управления и силовые кабели не должны проходить через одно отверстие. Разделите аналоговые кабели управления от релейных кабелей управления. Чтобы снизить помехи и повысить защищенность, убедитесь, что нет подсоединенных кабелей управления, которые не используются. Также убедитесь, что кабели управления подсоединены так, что их длина является минимальной. Источник аналоговых сигналов и источник задания аналоговой скорости, измерители аналоговых сигналов должны быть помещены в одну металлическую коробку. Заземление Заземлите привод, двигатель и фильтр так, чтобы кабели заземления имели минимально возможную длину. Выберите и установите кабели заземления в соответствии с местными требованиями. Рекомендуется использовать кабели с низким сопротивлением, например, такие, которые могут нести максимум тока. Если двигатель не имеет совместной с приводом и фильтром точки заземления, не подсоединяйте экран выходного кабель и жилу заземления привода к двигателю. Электромагнитная соместимость Нормы ЭМС – требования защиты для электропривода (способность работать должным образом, не поддаваясь воздействию внешних электромагнитных волн (помех) в дополнение к указанным выше требованиям (электромагнитные помехи от электропривода). Кроме помех, создаваемых непосредственно электроприводом и его кабелями, требования включают в себя помехи с внешней стороны привода через входные кабели. Защищенность – способность привода работать, не реагируя на воздействие внешних помех. Соответствие нормам ЭМС достигается, только когда уровень защищенности привода превышает уровень помех в рабочих условиях. В дополнение к защищенности от излучения и индуктивных помех нормы ЭМС также предполагают защищенность привода от статического электричества и быстрых переходных режимов. Разряды могут быть достаточной для повреждения оборудования силы. У привода, установленного рядом с кабелем, подсоединенным к переключаемой индуктивной нагрузке, часто могут наблюдаться сбои в работе из-за быстрой смены режимов в цепях управления при переключении индуктивной нагрузки. Это всего лишь некоторые примеры помех, которым подвергается привод, в соответствии с требованиями привод должен функционировать, не реагируя на воздействие помех. Все кабели и провода, подсоединенные к приводу, считаются самостоятельными источниками электрических помех. Для осмотра и обслуживания используйте измерительные приборы и оборудование, помеченное СЕ. Если требуется внешний источник питания, используйте тот, который отделен или хорошо изолирован от привода. Установка в металлический корпус • Используются встроенный EMI фильтр (типоразмер С10...С55) 1) Как показано на рис. 5.8, инвертор устанавливается в металлический шкаф и крепится к нему винтами. Шкаф должен удовлетворять требованиям ЭМС. На питающий кабель одеваются три ферритовых кольца, одно кольцо на кабель двигателя и одно на кабель управления. 2) Кабели питания и двигателя должны быть экранированные и иметь минимальную длину. Кабель должен крепится к металлической пластине через хомут по окружности кабеля на экран, как показано на рисунке. Металлическая пластина и шкаф должны быть заземлены согласно требованиям. 3) Для ограничения влияния электромагнитных помех экраны кабелей присоединить к заземлению шкафа. 4) Используйте экранированный кабель для цепей управления. Оденьте одно ферритовое кольцо и присоедините экран к заземлению шкафа. Рис. 7.8. Установка SB-19 (типоразмер С10...С55) в шкафу. • Используются встроенный EMI фильтр (типоразмер С80...С300) 1) Установить инвертер в металлический шкаф как показано на рис. 5.9. 2) Кабели питания и двигателя должны быть экранированные и иметь минимальную длину. Кабель должен крепится к металлической пластине через хомут по окружности кабеля на экран. Металлическая пластина и шкаф должны быть заземлены согласно требованиям. 3) Для ограничения влияния электромагнитных помех экраны кабелей присоединить к заземлению шкафа. 4) Используйте экранированный кабель для цепей управления. Оденьте одно ферритовое кольцо и присоедините экран к заземлению шкафа. Рис. 7.9. Установка SB-19 (типоразмер С80...С300) в шкафу • Используются внешний EMI фильтр (типоразмер С400...С5500) 1) Установите инвертер в металлический шкаф и подключите питающий кабель через EMI фильтр как показано на рис. 7.10. 2) Кабели питания и двигателя должны быть экранированные и иметь минимальную длину. Кабель должен крепится к металлической пластине через хомут по окружности кабеля на экран. Металлическая пластина и шкаф должны быть заземлены согласно требованиям. 3) Если нет необходимости использовать экранированный кабель для цепей управления проложенным в металлическом шкафу. 4) Для ограничения влияния электромагнитных помех экраны кабелей присоединить к заземлению шкафа. 5) Используйте экранированный кабель для цепей управления. Присоедините экран к заземлению шкафа. Рис. 7.10. Установка SB-19 (типоразмер С400...С5500) в шкафу 7.3 Типовые ошибки при пуске преобразователей частоты В большинстве случаев неполадки в работе ПЧ являются результатом некорректного подключения или неправильной параметризации, а так же сбоя в работе инвертера. Ниже приведены часто встречающиеся причины этих ошибок [6]. • Ошибки подбора оборудования: a) Двигатель слишком мал • не может выдержать момент нагрузки (особенно в диапазоне ослабленного поля) • опрокидывание двигателя • инвертер может выключится с ошибкой ОС или войти в токовое ограничение b) Инвертер слишком мал • не может обеспечить ток двигателя (смотри загрузку инвертера) • выключение с ошибкой OC или токовое ограничение. • Ошибки подключение оборудования: a) Подключение питания к выходным клеммам инвертора (U,V,W). b) Подключение тормозного резистора к клеммам шины постоянного тока (L+1, L+2 и L-). c) Неправильное соединение обмоток АД (Y/∆) • Ошибки параметрирования: a) Время ускорение слишком маленькое • требуется слишком большой момент ускорения • двигатель не может следовать по кривой ускорения • большее скольжение • больший ток • выключение с ошибкой ОС или токовое ограничение b) Время замедления слишком маленькое • требуется слишком большой тормозной момент • двигатель не может следовать по рампе замедления • большое генераторное скольжение • большой обратный ток в промежуточный контур • загрузка конденсатора промежуточного контура • выключение с ошибкой OC или токовое ограничение. 7.4 Рекомендации по решению проблем запуска ПЧ Ошибка OC: • Увеличьте размер инвертера или время замедления • Когда используется тормозной модуль: Активизируйте стабилизацию напряжения • Клеммы соединены не правильно: a) Входы не были установлены или перепутаны b) Короткое замыкание напряжения питания или перегрузка • Включение на движущийся двигатель без активизации защитной функции (например поиска скорости) a) Инвертер ускоряется в противоположном направлении к вращению двигателя b) повышенное генераторное скольжение c) повышенный генераторный ток d) выключение с ошибкой OC или токовое ограничение Неправильное подсоединение двигателя (Y/∆): Стандартные 230/400 V двигатели должны подключаться: a) с 230 В инвертерами в треугольник (∆) b) с 400 В инвертерами в звезду (Y) При соединении обмоток АД звездой (Y) и работе от инверторов 230 В: a) Фазное напряжение уменьшается в раза b) Магнитный поток уменьшается в раза c) Максимальный момент падает в 3 раза – двигатель не может обеспечить момент нагрузки, происходит опрокидывание двигателя. Если соединить треугольником (∆) обмотки АД при питании от инверторов для 400 В: a) Фазное напряжение увеличивается примерно в раза b) Двигатель перемагничен, входит в насыщение • Высокий ток намагничивания • Инвертер выключается с ошибкой ОС или ограничивает ток. • Если инвертер может справиться с током, то двигатель перегреется через короткое время и выйдет из строя. Если необходимо, то можно работать на угловой частоте 87 Гц. • Двигатели на 400/690 В могут работать только с 400 В инвертерами. Слишком высокое выходное напряжение: a) Используется добавки по напряжению при управлении b) Стабилизированное выходное напряжение слишком высокое c) Угловая частота установлена слишком маленькая. • Двигатель перемагничен • Больший ток • Ошибка OC и/или OL или ограничение тока d) При торможении постоянным током: напряжение торможения и/или время слишком малы • Двигатель не останавливается полностью • Движется с выбегом (свободно) Если происходит поломка инвертера (например, короткое замыкание в силовом транзисторном модуле), попытайтесь включить инвертер без двигателя. Если инвертер не работает, тогда неисправность скорее всего в нем. Если инвертер только выключается с сообщением об ошибке, при подсоединенном двигателе, то проверьте: параметризацию (особенно U/f-кривую), подводящие провода двигателя, двигатель и фильтр. Занятие № 8. Тема: «Наладка частотно – регулируемого электропривода. Формирование плана и отчета по ПНР». Цель: Ознакомить слушателей с планом производства пуско – наладочных работ ПЧ. Сформировать у слушателей навыки создания планов проведения ПНР, отчётов по ПНР. 8.1 Пуско – наладка частотно – регулируемого электропривода Пуско – налодочные работы (ПНР) являются ключевым этапом при запуске в работу нового или модернизированного оборудования. Перед началом ПНР составляется план – график табл.8.1, в котором должны быть обозначен вид выполняемых работ и предположительные трудозатраты. Таблица 8.1 Пример план – графика ПНР № п\п Наименование работ Продолжительность (дни) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Подготовительные мероприятия Проверка качества выполненного монтажа: 1. - силовое электрооборудование и силовые кабельные линии 2. - приборы КИП и датчики 3. - кабельные связи (цепи управления и измерительные) Наладка электрооборудования 4. Проверка функционирования и наладка релейных схем управления электроприводами 5. Наладка ЧРЭ Наладка приборов КИПиА 6. Проверка функционирования и наладка каналов аналоговых сигналов 7. Настройка аналоговых датчиков 8. Проверка функционирования и наладка каналов дискретных сигналов 9. Настройка дискретных датчиков 10. Настройка параметров и проверка функционирования вторичных приборов 11. Комплексные испытания и сдача в эксплуатацию На этапе подготовительных мероприятий производится проверка качества монтажа оборудования, которая включает в себя следующие процедуры: • проверку силовых подключений (проверка соответствия схеме, отсутствия коротких замыканий) • проверку подключения цепей управления (проверка соответствия схеме) • проведение испытаний изоляции кабелей питающих кабелей • устранение выявленных недочётов Этап наладки электрооборудования включает в себя следующие операции: • проверку работы релейных схем защиты оборудования • параметрирование ПЧ (устанавливаются значения параметров ПЧ в соответствии с выбранным приложением, конфигурирование аналоговых и дискретных входов/ выходов) • параметрирование дополнительных блоков (например блока динамического торможения) • опробование работы механизмов в ручном режиме работы без нагрузки • устранение выявленных недочётов На этапе наладки приборов КИПиА выполняется: • проверка целостности аналоговых и дискретных каналов связи • калибровка аналоговых датчиков (настройка диапазона измерений технологического параметра и масштабирование унифицированного электрического сигнала 4-20мА или 0-10В). • настройка дискретных датчиков (установка диапазона срабатывания конечных, путевых выключателей, датчиков уровня и т.д.). • настройка и калибровка вторичных приборов Завершаются пуско – наладочные работы комплексным опробованием механизма или технологической установки на номинальных нагрузках. На комплексных испытаний проводятся измерения параметров работы ЧРЭ, осуществляется корректировка настроек контуров регулирования технологических параметров. По окончанию пуско – наладочных работ составляется технический отчёт. Технический отчет содержит следующую информацию: • данные электрооборудования: • двигателей • ПЧ • кабеля • вспомогательного оборудования (датчиков, расходомеров и т.п.) • данные питающего трансформатора (мощность кВа, Uкз %) Как правило, данные оборудования заносятся в таблицы. Пример табл. 8.2, 8.3 Таблица 8.2 Данные двигателей и ПЧ Тип оборудования Ном. мощность Ном. ток Напряжение питания Схема соедин. К.П.Д. COS  Скорость (Частота) кВт А В % об./мин. (Гц) Двигатель 4АМУ225М2У2 55,0 100 380 ∆ 91,2 0,92 3000 Двигатель 4АМУ225М2У2 55,0 100 380 ∆ 91,2 0,92 3000 Преобразователь SB19C750U №1212017 55,0 108,0 380-460 - 97 - 0.1-440 Таблица 8.3 Данные кабеля Назначение Монт. шифр Тип Марка, Сечение (мм2) Длина, м Условия прокладки Сетевой С1 Аl 120 70 - Сетевой С2 Cu ПВ3, 50 10 В трубах Нагрузка (двигатель №1) М2 Cu ПВ3, 50 12 В трубах Нагрузка (двигатель №2) М2 Cu ПВ3, 50 9 В трубах • данные по испытанию оборудования: • Сопротивление изоляции электродвигателя, измеренное • Сопротивление изоляции кабелей • Сопротивление изоляции схемы управления • Сопротивление постоянному току обмотка статора АД (>300кВт) • Данные тока короткого замыкания на входе ПЧ • список параметров ПЧ, отличных от заводских • комплексные испытания электропривода Оформление результатов испытаний на примере насосного агрегата с ПЧ приведено ниже в табл. 8.4, табл.8.5. Таблица 8.4 Характеристика работы ЧРЭ насоса на закрытую задвижку F,Гц 10,00 20,0 30,0 40,0 50.0 F/Fном 20% 40% 60% 80% 100% Iдв,А 21 21,6 24,8 32,4 48,6 I/Iн 19% 20% 23% 30% 45% Fмин, Гц 10,0 Fмакс, Гц 50,0 Fном, Гц 50,0 При Гц 50,0 UАВ,В 405 IA,A 27 IC1,A 34,9 UВС,В 404 IВ,A 36 IC2,A 35,2 IномПЧ,A 108,0 UАС,В 403 IС,A 36 IC3,A 35,1 Таблица 8.5 Характеристика работы ЧРЭ насоса на сеть F,Гц 10,00 20,0 30,0 40,0 50,0 F/Fном 20% 40% 60% 80% 100% Iдв,А 21,4 27,0 34,6 50,8 73,4 I/Iн 20% 25% 32% 47% 68% 10атм насос №3 поддерживает при 32,6Гц и токе 33,7А При 10атм 50,0 UАВ,В 405 IA,A 23,0 IC1,A 32,9 UВС,В 404 IВ,A 32,0 IC2,A 33,6 UАС,В 403 IС,A 32,0 IC3,A 33,7 8.2 Настройка блока динамического торможения Рассмотрим порядок настройки блока динамического торможения примере блока DBU, являющегося опцией для привода SB - 19 Перед настройкой следует проверить соответствие тормозного блока и резистора проекту, правильность монтажа, соответствие сечения проводов выбранному тормозному резистору. 1. Настройка параметров. 1.1 Подайте напряжение на преобразователь частоты (ПЧ). После зарядки емкостей включится светодиодный индикатор на блоке DBU. Проверьте соответствие фактического напряжения на шинах постоянного тока, значению отображаемому в параметре D0.1 DBU, и в параметре D03-0 ПЧ. Задайте величину резистора в параметрах А0.0 и А0.1. Если тормозной резистор состоит из параллельно-последовательно соединенных резисторов, то задается их общее сопротивление. 1.2 Задайте номинальную мощность резистора в параметрах А1.0 и А1.1. Если тормозной резистор состоит из параллельно-последовательно соединенных резисторов, то задается их общая мощность 1.3 Задайте тип резистора для выбора защитной характеристики. А2.0 =1: - проволочный =2: - керамический =3: - стальной =4: - характеристика задается по точкам в параметрах А3.0…5 1.4 Задайте функцию блокировки DBU. A4.0=1 – выбрана функция блокировки LOCK А4.1=2 – выбрано включение логического входа при НЗ контакте. При подаче на вход LOCK сигнала от НО контакта «RUN» тормозной блок DBU разблокируется и будет готов к включению при превышении 768В. Проверьте исчезновение сигнала LOCK D4.0 при подаче на вход LOCK сигнала RUN. Работу блока DBU проконтролируйте во время работы в тормозном режиме по появлению в D4.1 сигнала GATE при достижении Udc 768±6В, по появлению в D0.0 значения перегрузки. 1.5 Задайте выбор вывода ошибки. А05.0 перегрузка резистора; А05.1 перегрев радиатора и А05.2 аварийный стоп =1 второстепенная ошибка – реле FLT не включается; =2 главная ошибка - реле FLT включается, сброс ошибки по входу RESET, одновременным нажатием всех клавиш блока или снятием напряжения и разрядкой конденсаторов ПЧ. 1.6 Проверить включение защиты реле FLT можно задав А5.2=2 и А4.0=2. При этом должно включиться реле FLT и согласно схеме отключить питающий ПЧ контактор или автомат. Авария отразиться в F0.1. После проверки вернуть назад А4.0=1 и сбросить аварию. 2. Настройка параметров SB19 2.1 Выбор опции силовой цепи. С31-0=1222 - f1=2 динамическое торможение включено 2.2 Ограничение рекуперативного тока В18-1=(( 593/Rторм[Ом])/мощность двигателя[кВт])х100% 593 – это (Udc вкл DBU)2 для 400В системы питания ПЧ (7702=593000) 3. Наладка блока торможения на механизме. На дутьевых механизмах с большим моментом инерции при торможении запасенная механическая энергия вызывает увеличение напряжения на шинах постоянного тока и при достижении 768±6В и наличии тормозного блока расходуется на нагрев тормозного резистора. 3.1 Проверьте работу механизмов при медленных темпах разгона и торможения. Увеличьте темп торможения, уменьшив А01-1, по увеличению напряжения на шинах постоянного тока D03-0 определите возможность дальнейшего уменьшения параметра А01-1. При достижении Udc 768±6В должно включаться DBU. Напряжение при работе DBU находиться в диапазоне 732…768В. При уменьшении напряжения ниже 732В DBU отключается 3.2 Определите реальный цикл работы механизма и проверьте, что выбранный блок и резисторы удовлетворяют параметрам цикла. Стандартный цикл 10мин(600сек) при работе DBU 60 cек, т.е. 10%. Единичное включение DBU 10 cек 3.3 Для цикла более 10% необходим запас по мощности и току блока и резистора. При проведении ПНР персонал из числа наладчиков должен руководствоваться планом проведения ПНР. В общем случае план производства ПНР должен отражать наименование проводимых работ с указанием сроков их выполнения. Занятие № 9. Тема: «Эксплуатация и ремонт частотно – регулируемого электропривода. Типовые аварии ПЧ, устранение и профилактика отказов оборудования. Ремонт»). Цель: Ознакомить слушателей с основными требованиями, предъявляемые к эксплуатации ПЧ переменного тока. Дать классификацию основным причинам отказов оборудования, ознакомить слушателей с перечнем основных аварий. Сформулировать методы диагностики, профилактики отказов и ремонта ПЧ. 9.1 Введение по техническому обслуживанию и проверке ПЧ Техническое обслуживание преобразователей частоты выполняется по соответствующим регламентам планово-предупредительных осмотров (ППО) и планово-предупредительных ремонтов (ППР). Многие фирмы–изготовители рекомендуют один раз в 5–7 лет выполнять предупредительный ремонт – заменять конденсаторы в звене постоянного тока и вентиляторы. В случае длительного хранения ПЧ без напряжения на входе (обычно более 12 мес.) может потребоваться «формовка» конденсаторов звена постоянного тока. Для этого применяется соответствующий блок питания. Вместе с тем, конкретные условия эксплуатации преобразователей частоты существенно влияют на периодичность ППО. Невыполнение регламента ППО и ППР – может повлечь существенные финансовые затраты на ремонт вышедшего из строя ПЧ. Техническое обслуживание преобразователя частоты включает: • проверку и протяжку силовых контактов и клемм управления; • чистку каналов охлаждения ПЧ; • осмотр силовых шин; • осмотр охлаждающего вентилятора; • ведение документов по всем работам. Техническое обслуживание приводов шкафного исполнения включает: • проверку охлаждения привода; • проверку охлаждения электронных плат; • проверку и протяжку силовых контактов и клемм управления; • замену или чистку воздушных фильтров; • осмотр охлаждающего вентилятора; • ведение документов по всем работам. Техническое обслуживание печатных плат преобразователя частоты включает: • проверку наличия пыли и её удаление; • проверку наличия токопроводящих примесей пыли; • проверку наличия коррозии; • ведение документов по всем работам. Следует отметить, что наличие токопроводящей пыли является одним из наиболее распространённых неблагоприятных факторов воздействия на ПЧ. Как правило, шкафы, в которых устанавливаются ПЧ имеют степень защиты оболочки IP21 и выше. А для предотвращения попадания пыли внутрь оснащаются воздушными фильтрами. Однако, распространённым замечанием к монтажу шкафов является отсутствие или плохое качество выполнения герметизации кабельных вводов, что обеспечивает дополнительные пути проникновения пыли внутрь шкафа. Поэтому при монтаже шкафов 9.2 Виды осмотра Осмотры должны проводиться периодически в соответствии с условиями эксплуатации Осмотры разделяются на ежедневные и периодические (тал.9.1 – табл. 9.2). и частотой использования. При возникновении любых отклонений в работе, необходимо немедленно установить причину и принять меры. Подготовка к осмотру: 1. Отключите инвертор и через 10 мин после погасания дисплея можно приступать к обслуживанию. 2. Прочитайте внимательно инструкцию по эксплуатации. 3. Проверьте, что все болты и клеммы затянуты. 4. Не подвергайте печатные платы и транзисторы воздействию статического электричества (*). 5. Если обнаружена неисправность в плате РСВ, замените всю плату вместо замены дефектных элементов. * Окружающая среда без статического электричества а) Не касайтесь голыми руками проводов и дорожек печатных плат. b) Избегайте материалов генерирующих статическое электричество, содержащих винил или пластик. с) Если возможно работник должен пользоваться заземляющим браслетом. Таблица 9.1 Ежедневный осмотр Предмет осмотра Описание осмотра Температура/влажность Убедитесь, что температура окружающей среды от–10°до +50°С, а влажность не превышает 95% без конденсации росы. Масляный туман и пыль Убедитесь, что на ПЧ отсутствует масляный туман или пыль. Помехи и вибрация Убедитесь, что отсутствуют помехи и вибрация в месте установки ПЧ. Источник питания Убедитесь, что входное напряжение и частота находятся в пределах указанного диапазона. Вентилятор охлаждения Убедитесь, что вентилятор вращается нормально и отсутствует пыль на радиаторе и ограждающей решетке. Индикатор Убедитесь, что все светодиоды на панели управления исправны. Таблица 9.2 Периодический осмотр Предмет осмотра Описание осмотра Внешний вид ПЧ Посмотрите, есть ли пыль или грязь на вентиляторе или радиаторе, удалите, если это необходимо. Внутреннее состояние ПЧ Посмотрите, есть ли пыль или грязь на плате или внутри инвертора, удалите, если это необходимо. Клеммник Заверните винты клеммника, если они ослабли Вентилятор Производите замену вентилятора по необходимости. Электролитический конденсатор Убедитесь, что нет протекания жидкости, и что оболочка не изменила свой цвет. Сопротивление изоляции Не проводите проверку ПЧ мегомметром. При проверке внешних цепей, отсоедините от него все провода. Энкодер Убедитесь, что втулки и подшипники не расшатаны. Подшипники являются износостойкими деталями, т.е. срок их эксплуатации составляет прибл.10,000 часов при 6 000 об/мин. и прибл. 30,000 часов при 3 000 об/мин. Осмотр запасного инвертора Процедура осмотра, описанная в табл. 9.2 производится даже для запасного инвертора, который подсоединен, но не эксплуатируется. Его работоспособность должна проверяться каждые шесть месяцев подачей питания (для «тренировки» конденсаторов подача питания на 5 часов). После длительного простоя напряжение рекомендуется подавать плавно увеличивая до номинального значения. Таблица 9.3 Виды и периодичность выполнения регламентных работ Техническое обслуживание Периодичность выполнения работ Замена Проверка охлаждающего потока 1 раз в месяц Проверка качества охлаждения 1 раз в месяц Проверка фильтров в ПЧ шкафного исполнения 1 раз в 3 месяца Чистка/продувка каналов охлаждения 1 раз в 3-6 месяцев Проверка и «протяжка» вх/вых силовых контактов и клемм 1 раз в 6 месяцев Осмотр силовых клемм 1 раз в 6 месяцев Проверка работоспособности вентилятора 1 раз в 6 месяцев 3-7 лет - Замена вентиляторов охлаждения: ·Основной вентилятор ПЧ ·Вентиляторов/фильтров установленных на шкафах Формовка конденсаторов 6-12 месяцев (если ПЧ хранится на складе (зависит от условий хранения) или не находился в работе) 5-10 лет - Замена конденсаторов звена постоянного тока (зависит от условий окружающей среды и условий эксплуатации) Проверка появления коррозии на клеммниках, контактах, силовых шинах и других поверхностях 1 раз в год 9.3 Выявление и устранение неисправностей с помощью панели управления ПЧ Современные ПЧ имеют довольно развитую систему самодиагностики. При возникновении аварийных ситуаций на панели управления ПЧ возникает соответствующая индикация. В зависимости от производителя и модели ПЧ список диагностируемых неисправностей может отличаться. В табл. 9-4 приведены типовые диагностируемые неисправности и меры по их устранению на примере привода SB – 19 производства ООО НПП «Уралэлектра» [8]: Таблица 9.4 Выявление и устранение неисправностей Показания панели Название Причины неисправности и ответные меры EMS Аварийный стоп 1.На клеммник был подан сигнал EMS. Проверить причину появления сигнала. 2.Неисправность возникает, когда С00-4 = 2 PM-n Силовой модуль 1. Сработала защита от к.з. в силовом модуле IGBT. 2. IGBT может быть неисправен. Замените IGBT. 3. Неисправность могла быть вызвана большой нагрузкой. 4. Нарушение работы могло быть следствием помех. Попытайтесь снизить шумовой фон окружающей среды, например, заземлив экраны (броню) кабелей. 5. Обратите внимание на № суб-кода (остановка произошла): 1: во время останова 2: во время работы на установленной скорости 3: во время разгона 4: во время замедления 5: во время торможения 6: во время работы САР момента (ACR ВКЛ) 7: во время предварительного намагничивания 9: во время автоматической настройки OC-1 Перегрузка по макс току во время останова 1. Может быть неисправен IGBТ. Замените IGBT. 2. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. 3. Нарушение работы могло быть следствием помех. Попытайтесь снизить шумовой фон окружающей среды, например, заземлив проводку. Продолжение таблицы 9.4 OC-2 Перегрузка по макс току во время работы на постоянной скорости 1. Могло возникнуть резкое изменение нагрузки или короткое замыкание. 2. Могла произойти пропажа питания. 3. Инвертер мог быть запущен в нестабильном диапазоне. Настройте пропуск частоты (В05-0 - 5) или отрегулируйте коэффициент стабилизации момента (В18-2). Ситуация также может быть исправлена изменением несущей частоты (В00-7) (Примечание 1) 4. Настройки контура тока могут не соответствовать нагрузке. Сократите вдвое коэф. предотвращения опрокидывания макс. тока В18-5, и удвойте постоянную времени В18-6.Если ситуация улучшится, запомните конечные настройки. 5. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. 6. Нарушение работы могло быть следствием помех. Попытайтесь снизить шумовой фон окружающей среды, например, заземлив проводку. OC-3 Перегрузка по макс току во время разгона 1. Увеличение время ускорения (А01-0) 2. Задание скорости или частоты могли неожиданно увеличиться перед тем, как произведено намагничивание. Отрегулируйте (А01-0). При использовании V/F управления, этой ситуации можно избежать, используя функцию управления внешним тормозом (В46). При использовании векторного управления, может быть эффективнее намагничивание. В любом случае, должен быть обеспечен достаточный запас времени и применено механическое торможение при снижении нагрузки. 3. Сократить добавку напряжения (А02-2) 4. Причиной могли послужить большой момент инерции, короткое замыкание или быстрые изменения нагрузки. 5. Ток перегрузки может быть зафиксирован при прохождении через нестабильные участки. Установите: пропуски частоты (В05-0 до 5) или отрегулируйте коэффициент стабилизации момента (В18-2). Ситуация также может быть исправлена изменением несущей частоты (В01-7). 6. Настройки контура тока могут не соответствовать нагрузке. Сократите вдвое коэф. предотвращения опрокидывания макс. тока В18-5, и удвойте постоянную времени В18-6. Если ситуация улучшится, запомните конечные настройки. 7. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. Продолжение таблицы 9.4 OC-4 Перегрузка по макс току во время торможения 1. Увеличьте настройки времени торможения (А01-1) 2. Причиной могли послужить короткое замыкание или быстрые изменения нагрузки. 3. Ток перегрузки может быть зафиксирован при прохождении через нестабильные участки. Установите пропуски частоты (В05-0 до 5) или отрегулируйте коэффициент стабилизации момента (В18-2). Ситуация также может быть исправлена изменением несущей частоты (В01-7). 4. Настройки контура тока могут не соответствовать нагрузке. Сократите вдвое коэф. предотвращения опрокидывания макс. тока В18-5, и удвойте постоянную времени В18-6. Если ситуация улучшится, запомните конечные настройки. 5. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. OC-5 Перегрузка по макс току во время торможения пост. током 1. Сократите напряжение торможения DC (А03-0). 2. Причиной могли послужить короткое замыкание или быстрые изменения нагрузки. 3. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. OC-6 Перегрузка по макс току во время работы САР тока 1. Причиной могли послужить короткое замыкание или быстрые изменения нагрузки. 2. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. OC-7 Перегрузка по макс току во время предварительного намагничивания OC-9 Перегрузка по макс току во время автоматической настройки 1. Увеличить временя ускорения (А01-0). 2. Увеличить временя торможения (А01-1) 3. Причиной могли послужить короткое замыкание или быстрые изменения нагрузки. 4. Отрегулировать коэффициент стабилизации момента (В18-2). 5. Защита могла сработать из-за короткого замыкания на землю в кабеле или двигателе. OV-1 Перенапряжение во время остановки 1. Напряжение в цепи DC вышло за ограничение. Установите блок ДТ и резистор ДТ. 2. Выброс напряжения может быть связан с системой электроснабжения. Проверьте систему. OV-2 Перенапряжение во время работы на постоянной скорости 1. Напряжение в цепи DC вышло за ограничение. Установите блок ДТ и резистор ДТ. 2. Могли произойти колебания скорости или нагрузки. 3. Предел перенапряжения мог быть достигнут вследствие неожиданного изменения нагрузки и т.д. Обратитесь к пункту ОС-2 и 3 выше. Продолжение таблицы 9.4 OV-3 Перенапряжение во время ускорения OV-4 Перенапряжение во время замедления 1. Может быть большой момент инерции. Установите время замедления (А01-1) в соответствии с моментом инерции. 2. Напряжение в цепи DC вышло за ограничение. Установите блок ДТ и резистор ДТ. Предел перенапряжения мог быть достигнут вследствие неожиданного изменения нагрузки и т.д. Обратитесь к пункту ОС-4 OV-5 Перенапряжение во время торможения 1. Напряжение в цепи DC вышло за ограничение. OV-6 Перенапряжение во время работы САР тока OV-7 Перенапряжение во время предварительного намагничивания OV-9 Перенапряжение во время автоматической настройки UV-n Пониженное напряжение 1. Просадка напряжения, несимметрия питающего напряжения. Проверьте систему электроснабжения и устраните неисправности. 2. Обратите внимание на № суб-кода: 1: во время останова 2: во время работы на установленной скорости 3: во время разгона 4: во время замедления 5: во время торможения 6: во время работы САР тока (ACR ВКЛ) 7: во время предварительного намагничивания 9: во время автоматической настройки UOH.n Перегрев 1. Неисправность охлаждающего вентилятора. Замените его. 2. Температура окружающей среды высокая. Уменьшите температуру окружающей среды (50 оС или ниже). 3. Воздушный фильтр или радиатор могут быть забиты. 4. Несущая частота завышена. Проверьте соответствие установленной частоты рекомендациям 5. Обратите внимание на № суб-кода: 1: определяется термистором 2: определяется термоконтакт Продолжение таблицы 9.4 OL-1 Перегрузка инвертора 1. Инвертор мог быть перегружен. Уменьшите нагрузку или увеличьте мощность инвертера. 2. Если данная ситуация произошла при малой скорости, избегайте продолжительной работы на низкой скорости, или сократите добавочное напряжение (А02-2) и напряжение торможения (А03-0). OL-2 Перегрузка резистора ДТ 1. Рекуперативная мощность превысила ограничение. Увеличьте время останова и уменьшите тормозную мощность. 2. С22-4: перегрузка резистора ДТ могла быть настроена некорректно. Установите необходимую величину для данного параметра. OL-3 Перегрузка двигателя 1. Мотор мог быть перегружен. Сократите нагрузку или увеличьте мощность двигателя и инвертера. 2. Если данная ситуация возникла при малых скоростях, избегайте продолжительной работы при малых скоростях, или уменьшите добавочное напряжение (А02-2) и напряжение торможения (А03-0). При использовании векторного управления, проблема может быть решена снижением напряжением холостого хода (В01-9). GRD.n К.З. на землю 1. Пробой на землю может возникнуть в кабеле питания или двигателе. Устраните аварию. 2. Нарушение работы могло быть следствием шумовых помех. Попытайтесь снизить шумовой фон окружающей среды, например, заземлив проводку 3. Обратите внимание на № суб-код: 1: во время останова 2: во время работы на установленной скорости 3: во время разгона 4: во время замедления 5: во время торможения 6: во время работы САР тока (ACR ВКЛ) 7: во время предварительного намагничивания На основе таблицы неисправностей данных, приводимой в документации на ПЧ, можно составить графическое представление последовательности действий при возникновении той или иной аварийной ситуации. Рис. 9.1. Действия при неисправности силового модуля Рис. 9.2. Действия при возникновении пониженного напряжения Рис. 9.3. Действия при возникновении перегрева инвертера 9.4 Ремонт ПЧ Современная преобразовательная техника имеет модульную конструкцию и укрупнённо состоит из трёх основных частей: • Силового модуля (силовые ключи выпрямителя, инвертера) • Звена постоянного тока (электролитические конденсаторы, реактор) • Платы управления Перед выполнением ремонтных работ необходимо локализовать источник отказа, т.е. определить место неисправности. Как правило, неисправный модуль заменяется целиком, вызвано это как конструктивными особенностями ПЧ, так высокой степенью интеграции элементов на платах управления. Зачастую ремонт ПЧ может оказаться экономически нецелесообразным, поскольку стоимость ремонтного комплекта может достигать 50 – 75 % от стоимости нового ПЧ. Список литературы: 1. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энгергосберегающий асинхронный электропривод [Текст]: Учеб. пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений/ - М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 256с 2. Драчев Г.И. Теория электропривода [Текст]: Учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. Часть1. – 209 с. 3. Ключев В.И. Теория электропривода [Текст]: Учеб. для вузов. - 2 -е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001. -704с 4. МУРОМЦЕВ Д.Ю., ПОГОНИН Системы энергосберегающего управления [Текст]: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 92 с. 5. Чиликин М.Г. Общий курс электропривода [Текст]: Учебник для вузов. Изд. 5 –е доп. и переработ. М., «Энергия», 1971. – 432 с. 6. Трёхфазный привод. Основы KEB ANTRIEBSTECHNIK 1996. – 88 c. 7. Каталог ОАО Ярославский электромашиностроительный завод (ОАО«ELDIN») 8. Частотно – регулируемый электропривод переменного тока SB – 19. Руководство по эксплуатации. ООО НПП «Уралэлектра» г. Екатеринбург.