Трехфазный привод. Основы
.pdf
ANTRIEBSTECHNIK
Обычноописанныечетырехарактеристикиредкослучаютсявполной
мере, ноонимогутбытьиспользованыдляприближенныхрасчетов.
При проектировании, привод с инвертером должен иметь
достаточный резерв безопасности для момента опрокидывания двигателя, чтобы выдержать кратковременную перегрузку или
падение напряжения. Обратите внимание, что момент
опрокидывания квадратично зависит от напряжения двигателя,
которое, всвоюочередь, зависитотколебанийнапряжениясети, и
падениянапряжениявпроводахифильтрах.
Двигатели должны иметь, согласно VDE 0530, момент
опрокидыванияпоменьшеймере180 % отноминальногомомента
(вовремяосновногопроцесса). Чтобыбезопаснозапуститьпривод,
необходимопроизвестивычислениясучетомвыходногонапряжения инвертера, которое, вхудшемслучае(колебаниянапряжениясетии
падениянапряженийдолжныбытьпринятывовнимание) составляет
примерно80 % отнапряжениясети.
Пример:
M |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
K |
= ( |
U |
|
|
) |
= (0.8)2 = 0.64 |
||
M |
U |
|
|
|||||
Kn |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
n |
|
|
|
|
||
|
==> M |
K |
= 0.64 |
. M |
Kn |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
при MKN > 1.8 . Mn имеем
==> MK > 0.64 . 1.8 . Mn > 1.15 . Mn
Mn: Номинальныймоментдвигателя MKn: Номинальныймоментопрокидывания
Un: Номинальноенапряжениесети |
двигателя согласно каталогу |
U: |
Напряжениеинвертера |
Для того, чтобы обеспечить желаемый резерв безопасности для
момента опрокидывания, двигатель может быть загружен, в этом случае, только приблизительно на 95 % от его номинального
момента. Поэтому следует выбирать двигатели с большим отнгошением
MK
Mn
61
Скольжение и, в тоже время, реальная скорость двигателя могут
быть определены точкой пересечения соответствующей
характеристикидвигателяизагрузочнойхарактеристики(Рис. 59).
M |
|
|
ML |
|
|
Рис. 59 |
|
|
Точкапересечения |
|
|
нагрузкии |
|
|
характеристики |
|
|
двигателяпри |
|
|
работес |
|
|
инвертером |
|
MK |
(например, работа |
|
|
вентилятора) |
|
|
50 Гц 60 Гц |
70 Гц |
f |
X:допустимыерабочиеточки
0:рабочиеточкисопрокидываниемдвигателя(недопустимые)
Еслимоментнагрузкивыше, чеммоментопрокидываниядвигателя, тогда скорость двигателя уменьшается ниже скорости момента опрокидывания (в экстремальном случае до 0); привод
опрокидывается. С этим связано большее скольжение и больший
ток двигателя, который, при определенных обстоятельствах, вызывает остановку инвертера. Даже когда инвертер может выдержать ток, произойдет поломка привода чезер короткий
промежутоквремени, из-затепловогоразрушениядвигателя. Путем
активизациизащитныхфункцийвинвертереполомкуприводаможно
обычноизбежатьпризаданныхнагрузочныххарактеристиках(M ~ n, M ~ n2), такихкакускорение(==> Раздел7.8).
62
ANTRIEBSTECHNIK
7.7Динамические Основная фунуция инвертера - это регулирование скорости
процессы приводов. Чтобыускоритьприводдобольшейскорости, двигатель
(ускорение/ должен обеспечить как статический момент нагрузки, так и
замедление) дополнительный момент для ускорения динамического момента инерциипривода.
Дляэтогосправедливоследующее:
Формула26 |
MMot = ML + Mdyn |
при Mdyn |
= |
1 |
. ϑ . |
dn |
|
9.55 |
dt |
||||||
|
|
|
|
|
Jмоментинерциипривода
(приведеныйквалудвигателя) вкгм2
dn |
изменениескоростивединицувремени |
об/мин |
||
dt |
сек |
|
||
|
||||
ML |
статическиймоментнагрузки(приведенныйквалу |
|||
|
двигателя) в Нм |
|
|
|
MMot |
моментдвигателявНм |
|
|
|
Mdyn |
динамическиймомент |
|
|
|
Ввыражении26 выможетевидетьпараметры, которыевлияютна увеличениемоментанавалудвигателяприускорении:
•высокийстатическиймоментнагрузки,
•большоймоментинерции,
•большоезначениеразницыскоростей(dn)
•малоевремяускорения(dt)
При установке скорости и времени ускорения можно наблюдать ускорениедоустановленнойскороститолькотогда, когдаMMot < MKipp допустимо во всех рабочих точках, и ток двигателя не выше, чем
максимальный ток инвертера. Иначе, привод сломается или
инвертер выдаст ошибку перегрузки по току (ОС) или войдет в
токовое ограничение. Необходимо вводить коэффициент
безопасностипридинамическомпроцессе.
Нагрузкавпределахдиапазонаперегрузки, вышеноминальноготока
инвертера, можетпривестикOL ошибки, когдаперегрузкадольше
допустимогопериода.
Призамедлениипривода, такжекакиприускорении, либозамедление помогаетприводу, либопрепятствует.
63
Формула27
Формула28
Рис. 60
Рис. 61
Следующеесправедливо: |
|
|
|
|||||||
M |
|
= |
1 |
. |
ϑ . |
dn |
+ M |
|
Момент |
нагрузки |
|
MOT |
|
9.55 |
|
|
dt |
|
L |
п р е п я т с т в у е т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
замедлению |
|
M |
|
= |
1 |
. |
ϑ . |
dn |
- ML |
Момент |
нагрузки |
|
|
MOT |
|
9.55 |
|
|
dt |
|
|
помогаетзамедлению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Иллюстрацияпримераподниманияиопусканиянагрузки:
t4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
t5 |
|
|
|
|
|
|
t2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
t6 |
|
|
|
|
|
|
t1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
t7 |
|
|
|
|
|
|
t0 |
||
|
|
|
|
|
|||||
Lowering |
Lifting |
||||||||
t0 < t < t1: |
Фаза ускорения / подъем |
t1 < t < t2: |
Постоянная скорость / подъем |
t2 < t < t3: |
Фаза замедления / подъем |
t3 < t < t4: удержание |
|
t4 < t < t5: |
Фаза ускорения / опускание |
t5 < t < t6: |
Постоянная скорость / опускание |
t6 < t < t7: |
Фаза замедления / опускание |
f
t4 |
t5 |
t6 |
t7 |
t |
|
|
|
|
t0 |
t1 |
t2 |
t3 |
|
|
|
|
|
|
|
Mdyn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Двигательныймомент |
Mf |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mdyn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ML |
|
|
ML |
ML |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t4 |
|
t5 |
t6 |
t7 |
t |
||||||||
|
|
|
|
t0 |
t1 |
t2 t3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ML |
|
|
|
ML |
|
ML |
|
|
|
|
|||
Генераторныймомент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mdyn |
|
|
|
Mdyn |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Формула28 |
для |
t2 < t < t3 |
и |
t4 < t < t5 |
Формула27 |
для |
t0 < t < t1 |
и |
t6 < t < t7 |
64
ANTRIEBSTECHNIK
7.8Значение
защитных
функций
(Сохранить в работе)
ФУНКЦИЯ |
|
|
|
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ |
|
|
Рабочий режим |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. LA Стоп |
|
|
|
Входной ток привода |
|
При |
достижении |
||||
|
|
|
|
слишком высокий |
во |
|
установленного уровня тока |
||||
|
|
|
|
времяфазыускорения. |
|
рампапрерываетсяпокатокне |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
понизитсяснова. |
|
|
|
|
2. Останов |
|
|
|
Генераторнаяперегрузка |
|
При |
достижении |
||||
замедления |
|
|
|
привода во время фазы |
|
установленного |
уровня |
||||
|
|
|
|
замедления. |
|
|
напряжения промежуточного |
||||
|
|
|
|
|
|
|
контура |
замедление |
|||
|
|
|
|
|
|
|
прерываетсяпоканапряжение |
||||
|
|
|
|
|
|
|
нестанетнижеуровняснова. |
|
|||
3.Ограничение |
|
|
|
Перегрузка привода в |
|
Изменениевых. частоты, когда |
|||||
тока во время |
|
|
|
продолжительном |
|
установл. |
уровень |
тока |
|||
пост. работы |
|
|
|
режиме. |
|
|
достигнут. После устранения |
||||
|
|
|
|
|
|
|
перегрузкичастотаустанавлив. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
назаданноезначениеснова. |
|
|||
4. Аппаратное |
|
|
|
Оченьбыстрыйперехват |
|
Когда макс. допустимый ток |
|||||
ограничениетока |
|
|
|
ирегулированиевысоких |
|
инвертера |
достигнут |
в |
|||
|
|
|
|
пиковыхтоков(например, |
|
выходнойфазе, управляющий |
|||||
|
|
|
|
при включении выхода |
|
импульс соответствующих |
|||||
|
|
|
|
инвертера) |
|
|
транзисторов |
мгновенно |
|||
|
|
|
|
|
|
|
уничтожается. |
|
|
|
|
5. Поискскорости |
|
|
|
П о д с о е д и н е н и е |
|
После активизации |
этой |
||||
|
|
|
|
преобразователя |
к |
|
функциивых. частотаичастота |
||||
|
|
|
|
работающемудвигателю |
|
двигателя синхронизируются |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
(захватываются). Послеэтого, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
двигатель разгоняется до |
||||
|
|
|
|
|
|
|
установленнойвеличиныснова. |
||||
6. Автоматический |
|
|
|
Падение напряжения, |
|
Автоматический перезапуск |
|||||
перезапускпосле |
|
|
|
электрический пробой, |
|
возможен после устранения |
|||||
ошибок |
|
|
|
неисправнаяработа. |
|
|
нарушения. |
|
Поскольку |
||
|
|
|
|
|
|
|
двигатель может медленно |
||||
|
|
|
|
|
|
|
перезапускатьсяпослересета, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
то хорошо использовать эту |
||||
|
|
|
|
|
|
|
функцию в |
комбинации |
с |
||
|
|
|
|
|
|
|
поискомскорости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К 1. Хорошая идея использовать защитную функцию LA-стоп, когда
LA Стоп приводдолженускорятьсяснеизвестнойнагрузкой, илиприсильно
колеблющейсянагрузке. Еслипривод, например, неможетувеличить
момент ускорения при большей нагрузке, тогда скольжение и ток резко увеличиваются. Преобразователь воспринимает это, приостанавливаетрампуускоренияприпредустановленномуровне тока пока скольжение не уменьшится, так чтобы ток стал ниже
установленногоуровняснова. Затемрампаускоренияпродолжается
(==> Рис. 62a).
65
Рис. 62a
LA Стопфункция
Рис. 62 b
Функция LA Стоп иограничение тока
ДажекогдапроисходитвключениенадвижущийсядвигательLA стоп
функция может, при определенных условиях, предотвратить
выключение инвертера, если установленное время ускорения не
слишкоммало. Вэтомслучае, возникаетбольшеескольжение( fFU
мален, nMotor большие), такчтоограничениетокадостигаетсяочень
бысторо. Двигательпочтиостанавливаетсядонулясустановленным
уровнемтока, изатем, ускоряетсясновапорампе.
f 
fset
I
LA stop / current level
I
Current limit / constant run
LA stop / current level
on
LA stop
off
on
Current limit
off
f
factual
t
t
t
t
t
t
Рис. 62c
Режимработы функции
останова
замедления
Deceleration stop / voltage level
f |
t |
UDC
t
66
ANTRIEBSTECHNIK
К 2. При замедлении двигатель отдает энергию обратно в инвертер
Останов (генераторный режим), которая заряжает конденсатор
замедления промежуточногоконтура. Еслиобратнаяэнергияслишкомбольшая
(малое время замедления, большие массы вращения) или конвертированные энергетические потери слишком малы в
двигателе (особенно в продолжительном режиме в диапазоне
ослабленного поля), тогда промежуточный контур загружен
недопустимо высоким напряжением; инвертер выключается по
перенапряжениюсошибкойE.OP.
Это можно предотвратить прерыванием рампы замедления (==>
Рис. 62c). В результате, скольжение и обратная энергия
ограничиваются. Защитнаяфункцияостановазамедленияособенно
подходит, есликолеблющаясяилинеизвестнаянагрузкаи/илимомент
инерциидолжныбытьвычисленывовремязамедления.
К 3.
Ограничение тока во время постоянной работы
Если привод перегружен во время продолжительного режима, то скольжение и ток возрастают. Для предотвращения ОС ошибки, например, необходимоуменьшитьвыходнуючастотуинвертера, и следовательно скольжение. Это делается с помощью функции
„ограничениетокавовремяпостояннойработы“. Взависимостиот
характера нагрузочной характеристики, происходит увеличение / уменьшениечастотывтечениизапрограмированноговремени. При резких скачках нагрузки этот процесс не должен быть слишком большим, чтобыгарантироватьдостаточнуюзащиту.
Режим работы ограничения тока должен быть адаптирован к
нагрузочнойхарактеристикесоответствующегопривода(==> Раздел
7.6):
–большиймоментнагрузкипрималыхскоростях ==> увеличениечастоты, когдадостигаетсятоковое
ограничение
–меньшиймоментнагрузкипрималыхскоростях ==> уменьшениечастоты, когдадостигаетсятоковое
ограничение
К 4.
Аппаратное
ограничение
тока
Для некоторых приложений критические пики тока не могут быть
предотвращены, например, при запуске двигателя от инвертера с
короткой рампой ускорения. В этом случае, LA-стоп функция и функция ограничения тока во время постоянной работы не
достаточно быстрые, чтобы ограничить ток, из-за программного
временисрабатывания. ИнвертербудетостановленсошибкойОС,
несмотря на эти функции. Только непосредственное аппаратное влияниенасоответствующиеперегруженныетранзисторысилового модуля в течении менее, чем mсек может предотвратить это сообщениеошибки. Этоделаетсяаппаратнымограничениемтока.
Заметте, что эта функция вызывает уменьшенное входное
напряжение, уменьшенный момент и дополнительные шумы в двигателе.
67
К 5. |
Функция поиска скорости делает возможным подключение на |
|||||||
Функция |
движущийсядвигатель. Преобразовательчастотынезависимоищет |
|||||||
поиска |
реальнуюскоростидвигателя, ипосленахожденияускорятдвигатель |
|||||||
скорости |
по своей рампе до установленного значения. Процесс |
|||||||
|
синхронизациипроисходиттак(==> Рис. 63): |
|
|
|||||
|
– |
Началопоискаскоростисустановленнымзначением; |
|
|||||
|
– |
Достаточноеповышениевыходногонапряжения, длятого |
||||||
|
|
протекалмаксимальныйноминальныйток; |
|
|
||||
|
– |
Еслидостигаетсяноминальныйток, точастотанемного |
||||||
|
|
уменьшается, инапряжениеувеличивается, итакдотехпор, |
||||||
|
|
поканебудетдостигнутаподходящаявеличинанапряжения |
||||||
|
|
длячастоты; |
|
|
|
|
|
|
|
– |
Сэтойточкисновапроисходитускорениепоустановленной |
||||||
|
|
временнойрампе. |
|
|
|
|
||
|
Модуляция выкл., например из-за |
|
|
f |
||||
|
|
|
n |
|||||
|
|
|
сообщения ошибки |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
u |
||
|
|
|
¯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
¯ |
|
|
|
|
|
|
|
U |
¯ |
|
Модуляция вкл. |
|
|
|
|
|
n |
¯ |
¯ |
(например, сбросом) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
nsoll |
fsoll |
¯ |
¯ |
|
Скольжение |
f |
n |
|
|
U |
n |
f |
|
U |
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 63 |
|
|
|
U |
|
|
|
|
Функцияпоиска |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_____________ |
_______________ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_____________ |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
In |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
68
ANTRIEBSTECHNIK
Рис. 64 Функция поиска скорости, когда направление вращения установлено не корректно, и нет защитной функци LA стоп
Рис. 65 Функция поиска скорости, когда направление вращения установлено, и
функция LA стоп активна
В зависимости от установки преобразователя частоты функция
поискаскоростиможетбытьприведенавдействиеприследующих
условиях:
Включение управления,
Сброс ошибок,
Включение питания инвертера (Power on),
Автоматический перезапуск после ошибок.
Функция поиска скорости ищет скорость только в установленном
в инвертере направлении вращения. Если вращение не
соответствуетдействительномунаправлениювращениядвигателя
тогда, при определенных условиях, после задействия функци может появится ошибка ОС. Например условии что, привод все
еще вращается в противоположном направлении, и нет
дополнительной защитной функции (например, LA стоп)
останавливающей рампу ускорения (==> Рис. 64).
f |
|
|
U |
|
|
n |
Скольжение |
|
|
||
|
n |
|
|
U |
t |
|
|
|
|
f |
f |
fset |
|
U |
Поиск скорости |
|
|
|
OC |
|
f |
Скольжение |
U |
|
n |
n |
|
|
|
t |
|
U |
|
f |
fset |
LA-Стоп |
|
|
|
Поиск скорости |
69
Поскольку функция поиска скорости всегда ищет скорость
двигателя снизу от установленой частоты, установленная
величинадолжналежатьвышедействительной скорости. Поэтой
причине функция поиска скорости не может быть использована с:
-приводами скорость которых продолжает увеличиваться после
отключения модуляции
-приводами, которые непосредственно нуждаются в полном
моменте, и следовательно, полном напряжении двигателя
(например, подъемные устройства)
При высшем управлении (например, PLC) необходимо
гарантировать, что после электричесго сбоя установленная
величина должна быть установлена перед завершением фазы
инициализации инвертера. Иначе, инвертер запишет
установленную частоту как fset = 0, и сразу же выйдет из фазы поиска скорости (==> Рис. 66).
Рис. 66 |
n |
Функцияпоискаскор. устанавливаетсяна0 |
определенныхПри условияхошибкаОС |
n |
|
Функцияпоискаскор. |
|
|
|
|
|||||
Поведение при |
n |
n |
|
||||
отключении |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
энергии, и |
|
|
|
|
|
Ramp |
|
активизации |
|
|
t |
|
Установленная величина доступна |
t |
|
функции поиска |
|
|
|
||||
Сетьвыкл. Сеть вкл. |
Инвертер иницилизирован |
Установленнаявеличина доступна => Рампа |
Сетьвыкл. Сеть вкл. |
Инвертер иницилизирован |
|||
скорости |
|||||||
|
|||||||
|
Если направление вращения отключается во время фазы поиска |
||||||
|
скорости, тогда сначала завершается поиск частоты, а потом |
||||||
|
активизируется рампа. |
|
|
|
|||
К 6. Выполняет немедленный перезапуск системы без внешнего
Автоматический сброса. Он может произойти при кратковременном падении
перезапуск нипряжения и/или пропадании сети, или другой неправильной
после ошибок работе не критичной для привода. При этом свободно вращающийся двигатель может быть подхвачен снова, например, активизацией функции поиска скорости. Таким образом, процесс движения может быть сохранен.
Установка функции „автоперезапуск“ зависит от карт управления
(см. руководство пользователя).
70