Поставщик блока обратной связи по энергии напоминает, что правильный выбор преобразователей частоты крайне важен для нормальной работы системы управления приводом механического оборудования, чтобы избежать ненужных потерь, связанных с обслуживанием преобразователя частоты из-за неправильного выбора. Во-первых, необходимо четко определить цель выбора преобразователя частоты. Во-вторых, подходящий преобразователь частоты следует выбирать с учетом типа оборудования, нагрузочных характеристик, диапазона скоростей, режима управления, условий эксплуатации, защитной конструкции и других требований. Таким образом, достигается как производственный, так и экономический эффект.
1. Характеристики момента нагрузки механического оборудования
На практике производственное оборудование часто делится на три типа в зависимости от характеристик момента нагрузки: нагрузка с постоянным моментом, нагрузка с постоянной мощностью и нагрузка с пониженным моментом. При выборе преобразователя частоты, естественно, нагрузочная характеристика должна быть основой.
Уменьшить крутящий момент характеристики нагрузки
В различных вентиляторах, водяных и гидравлических насосах сопротивление, создаваемое воздухом или жидкостью при вращении рабочего колеса в определённом диапазоне скоростей, примерно пропорционально второй степени скорости, крутящий момент изменяется пропорционально второй степени скорости, а мощность нагрузки — пропорционально третьей степени скорости. Такой тип нагрузки называется нагрузкой с уменьшенным крутящим моментом.
Постоянная мощность нагрузки
Характерной особенностью этого типа нагрузки является то, что требуемый крутящий момент TL примерно обратно пропорционален скорости вращения n. С уменьшением скорости вращения двигателя выходной крутящий момент нагрузки фактически увеличивается. То есть, в пределах диапазона скоростей крутящий момент больше на низких скоростях и меньше на высоких, при этом выходная мощность двигателя остаётся неизменной. Шпиндели металлорежущих станков, прокатных станов, бумагоделательных машин, намоточных и размоточных машин и т. д. в линиях по производству плёнки относятся к нагрузкам постоянной мощности.
Свойство постоянной мощности нагрузки ограничено определённым диапазоном изменения скорости. При очень низкой скорости, из-за ограничений механической прочности, TL не может увеличиваться бесконечно и переходит в свойство постоянного крутящего момента на низких скоростях. Области постоянной мощности и постоянного крутящего момента нагрузки оказывают существенное влияние на выбор схем передачи. При регулировании скорости двигателя с постоянным магнитным потоком максимально допустимый выходной крутящий момент остаётся неизменным, что относится к регулированию скорости с постоянным крутящим моментом; при регулировании скорости со слабым магнитным полем максимально допустимый выходной крутящий момент обратно пропорционален скорости, что относится к регулированию скорости с постоянной мощностью. Если диапазон регулирования постоянного крутящего момента и постоянной мощности электродвигателя соответствует диапазону постоянного крутящего момента и постоянной мощности нагрузки, то есть в случае «согласования», мощность электродвигателя и мощность преобразователя частоты минимизируются.
Механические характеристики нагрузок постоянной мощности сложны. При проектировании системы следует обратить внимание на то, чтобы асинхронные двигатели не работали на частотах, превышающих их синхронную, так как это может привести к разрушительным механическим повреждениям. Мощность преобразователя частоты обычно принимается приблизительно равной мощности асинхронного двигателя.
Постоянный крутящий момент нагрузки
При нагрузке с постоянным крутящим моментом крутящий момент TL не зависит от скорости n. При любой скорости крутящий момент TL остаётся постоянным или почти постоянным, а мощность нагрузки линейно увеличивается с ростом скорости. Например, фрикционные нагрузки, такие как краны, конвейеры, литьевые машины, смесители и подъёмники, относятся к нагрузкам с постоянным крутящим моментом. Целью использования преобразователей частоты для управления такими нагрузками является автоматизация оборудования, повышение производительности труда и качества продукции.
При работе преобразователя частоты с нагрузкой постоянного крутящего момента выходной крутящий момент на низкой скорости должен быть достаточно большим и обеспечивать достаточную перегрузочную способность, обычно 150% от номинального тока. При необходимости длительной устойчивой работы на низких скоростях следует учитывать теплоотдачу асинхронных двигателей, чтобы избежать их чрезмерного нагрева.
При проектировании системы следует уделять внимание целесообразному увеличению мощности асинхронных двигателей или преобразователей частоты. Мощность преобразователя частоты обычно принимается равной мощности асинхронного двигателя.
2. Выберите подходящий метод управления преобразователем частоты в зависимости от характеристик нагрузки.
Помимо процесса изготовления преобразователя частоты, большое значение имеет и метод управления, используемый преобразователем частоты. Методы управления преобразователями частоты в основном делятся на управление с разомкнутым и замкнутым контуром. Метод управления с разомкнутым контуром отличается простой структурой и надежной работой, но его точность регулирования скорости и динамические характеристики относительно низкие; метод управления с замкнутым контуром позволяет осуществлять управление в режиме реального времени на основе изменений таких параметров, как расход, температура, положение, скорость, давление и т. д. Он обеспечивает быстрый динамический отклик, но иногда его сложно реализовать и он дорогой. Пользователи должны выбирать соответствующий режим управления в соответствии со своими потребностями, чтобы получить требуемые характеристики регулирования скорости.
3. Выберите защитную конструкцию преобразователя частоты в зависимости от условий установки.
При выборе преобразователя частоты следует учитывать условия окружающей среды, включая такие факторы, как температура окружающей среды, влажность, запыленность и наличие коррозионных газов, которые тесно связаны с долговременной и надежной работой преобразователя частоты. Если условия его эксплуатации не могут быть соблюдены, необходимо принять соответствующие меры защиты.
Большинство производителей преобразователей частоты предоставляют пользователям на выбор следующие распространенные защитные конструкции.
(1) Открытый тип IP00, который защищает тело человека от прикосновения к токоведущим частям внутри преобразователя частоты спереди, подходит для установки на экранах, панелях и стойках в электрических шкафах управления или электропомещениях, особенно для централизованного использования нескольких преобразователей частоты, но он предъявляет высокие требования к среде установки.
(2) Преобразователи частоты IP20 и IP21 имеют защитный кожух и могут монтироваться на стену в зданиях. Они подходят для большинства условий установки внутри помещений с минимальным содержанием пыли, температурой и влажностью.
(3) Герметичные исполнения IP40 и IP42 подходят для промышленных объектов с неблагоприятными условиями окружающей среды.
(4) Герметичность IP54 и IP55, пыле- и водонепроницаемая защитная конструкция, подходит для промышленных объектов с неблагоприятными условиями окружающей среды, наличием водяных брызг, пыли и некоторых едких газов.
Выбор системы частотного регулирования скорости на строительной площадке должен основываться на реальных технологических требованиях и условиях эксплуатации. Необходимо взвесить все преимущества и недостатки, а выбор должен быть обоснованным и всесторонним. Только правильное и гибкое использование преобразователя частоты обеспечивает безопасную и надежную работу системы частотного регулирования скорости переменного тока.