Когда частотно-регулируемый привод (VFD) добавляется к существующей системе, может возникнуть множество потенциальных проблем.

Пониженное охлаждение при пониженной скорости

Для охлаждения большинства двигателей, работающих поперек линии, используется внутренний вентилятор с приводом от вала. Когда двигатель работает с частотно-регулируемым приводом, частота вращения вала двигателя (скорость двигателя) снижается, что вызывает уменьшение охлаждения от вентилятора с приводом от вала. Если нагрузка представляет собой стандартную нагрузку с переменным крутящим моментом, такую ​​как вентилятор или насос (нагрузка на двигатель экспоненциально уменьшается с увеличением скорости), дополнительное охлаждение может не потребоваться.

Однако, если существующий двигатель установлен в приложении с постоянным крутящим моментом (например, возвратно-поступательное движение инвертор компрессораor инвертор водяного насоса , мельница или экструдер), то при уменьшении скорости на двигателе останется такая же нагрузка, и двигатель будет перегреваться. Для этого типа применения добавление внешнего вентилятора (или вспомогательного вентилятора) обеспечивает достаточное охлаждение двигателя для работы со скоростью ниже номинальной. Этот дополнительный вентилятор обеспечивает прохождение достаточного количества воздуха по обмоткам, чтобы они оставались прохладными, когда внутреннего вентилятора недостаточно.

Если двигатель имеет встроенные датчики температуры в обмотках, например, резистивные датчики температуры, то их можно использовать для контроля температуры и обеспечения того, чтобы частотно-регулируемый привод и работа на пониженной скорости не вызывали повреждения изоляции двигателя.

Напряжение двигателя

Выходные напряжения доступны для частотно-регулируемых приводов, чтобы соответствовать практически любому существующему напряжению двигателя. Однако очень немногие, если вообще есть, частотно-регулируемые приводы имеют прямой выход 13 800 В для двигателей с очень высоким напряжением. В этих случаях часто необходимо использовать повышающий трансформатор на выходе частотно-регулируемого привода для согласования напряжения двигателя. Этот трансформатор будет представлять примерно на 1 процент больше потерь в системе частотно-регулируемого привода, и это должно быть оценено на этапе анализа с точки зрения экономической эффективности.

Частота двигателя

Выходные частоты частотно-регулируемых приводов могут соответствовать любой номинальной частоте двигателя. Поскольку трехфазный ЧРП переменного тока контролирует скорость и частоту двигателя, это может позволить двигателю, рассчитанному на одну энергосистему, например, 60 герц (Гц), работать эффективно и на полной мощности в энергосистеме 50 Гц.

Скорость мотора

Подшипники двигателя могут зависеть от скорости смазки. Подшипники качения хорошо подходят для работы с регулируемой скоростью, но подшипникам скольжения может потребоваться особое внимание, чтобы обеспечить правильную смазку, поскольку двигатель работает на более низких скоростях. Это, вероятно, будет более критичным для операций с очень низкой скоростью, таких как медленное движение, позиционирование, разогрев или останов по инерции.

Известно, что высокоскоростные асинхронные двигатели (с двумя магнитными полюсами, которые рассчитаны на работу со скоростью 3600 об / мин при 60 Гц) имеют критический резонанс вала в диапазоне от 2200 до 2800 об / мин. Для двигателей, работающих с постоянной скоростью по линии, этот резонанс не важен, потому что двигатель там никогда не работает. Однако, поскольку частотно-регулируемый привод может управлять двигателем на любой скорости в пределах допустимого диапазона скоростей, необходимо следить за тем, чтобы двигатель не работал на скорости, близкой к его резонансной. Большинство частотно-регулируемых приводов среднего напряжения имеют возможность «пропускать» или не работать на определенных частотах, чтобы избежать этих областей резонанса.

Дополнительные соображения для синхронных двигателей: возбудитель возбуждения

Чтобы существующие синхронные двигатели работали с частотно-регулируемым приводом, синхронный двигатель должен иметь поле постоянного тока (DC), доступное при нулевой скорости, чтобы развивать пусковой и ускоряющий крутящие моменты.

Для запуска и работы с частотно-регулируемым приводом подходят два типа возбудителей возбуждения синхронных двигателей: контактные кольца постоянного тока или бесщеточный возбудитель переменного тока (AC).

Эти конструкции могут возбуждать поле в состоянии покоя, во время ускорения и во время работы. Один тип синхронного двигателя, использующий возбудитель бесщеточного типа постоянного тока, не может создавать поле при нулевой скорости, потому что генератор возбудителя должен раскручиваться до высокой скорости для развития тока возбуждения.

Контроль коэффициента мощности

Синхронный двигатель может использоваться для увеличения реактивной мощности энергосистемы. Однако, если этот двигатель работает с частотно-регулируемым приводом, в линии электропитания определяется уровень реактивной мощности, установленный входным преобразователем привода, а не двигателем. Следовательно, если синхронный двигатель используется для коррекции коэффициента мощности на установке, это не будет подходящим приложением для питания этого двигателя от частотно-регулируемого привода.

Положительные стороны двигателей с частотно-регулируемым приводом

Использование частотно-регулируемых приводов обеспечивает множество улучшений в производстве, использовании энергии и обслуживании.

Производство

Поскольку двигатель с ЧРП не имеет ограничения на количество разрешенных пусков в час, если что-либо в процессе останавливает двигатель, его можно немедленно перезапустить. Для двигателя с сетевым пуском операторы должны дождаться реле защиты, чтобы определить, безопасно ли перезапустить затронутый большой двигатель или есть риск повреждения двигателя. При работе с частотно-регулируемым приводом выходную мощность можно изменять в соответствии с потребностями последующего процесса.

Энергия

Если для процесса требуется работа с выходной мощностью менее 100% (расход или скорость), разница в энергии между максимальной и рабочей точками дает возможность сэкономить энергию. Типичная система частотно-регулируемого привода работает с общим КПД около 97 процентов. В тех случаях, когда процесс требует работы со 100-процентной производительностью, синхронизация с линией обеспечивает прямое подключение двигателя к электросети, экономя 3 процента потерь, представленных частотно-регулируемым приводом. В то время, когда двигатель синхронизирован, частотно-регулируемый привод остается в режиме ожидания, чтобы обеспечить возможность захвата двигателя и плавного подключения к нему.

Обслуживание

Синхронизированный запуск снижает нагрузку на двигатель, может продлить срок его службы и сократить объем технического обслуживания. Работа производственного процесса на скорости ниже максимальной с использованием частотно-регулируемого привода снижает механический износ ведомых компонентов. Это особенно очевидно в приложениях, где используются конвейеры и дробилки. Это, конечно, зависит от производственных потребностей, которые в настоящее время удовлетворяются с пониженной скоростью.

Заключение

В этой статье представлены потенциальные проблемы, связанные с применением частотно-регулируемого привода к существующему двигателю, и предложены способы их устранения. В этих сценариях чрезвычайно важно тесно сотрудничать с вашим поставщиком частотно-регулируемого привода, чтобы обеспечить возможность преобразования двигателя для работы с частотно-регулируемым приводом и отсутствие упущенных проблем.