+ All Categories
Home > Documents > 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf ·...

14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf ·...

Date post: 05-Jul-2019
Category:
Upload: lekhue
View: 214 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
20
1 DIMENZOVÁNÍ ASYNCHRONNÍHO MOTORU PRO NAPÁJENÍ Z FREKVEN NÍHO M NI E 1.1 Úvod Pro asynchronní motor platí: f U M 2 2 f U M MAX Z uvedených výraz vyplývá, že frekven ní m ni ídíme tak, aby pom r výstupního nap tí ke kmito tu byl konstantní. To je však technicky možné pouze do tzv. bodu odbuzení, kdy je dosaženo jmenovité výstupní nap tí rovné nap tí sít . P i dalším zvyšování kmito tu již z stává výstupní nap konstantní. Proto dochází k odbuzování motoru. Bod odbuzení lze u v tšiny frekven ních m ni podle pot eby m nit. Tato funkce se však p íliš nevyužívá, protože vyžaduje specieln navržený motor se jmenovitým pracovním bodem nap . 400 V / 56 Hz. Za bodem odbuzení platí: f f f M N 1 2 2 2 1 f f f M N MAX Obr. 1 Momentové k ivky asynchronního motoru p i napájení z frekven ního m ni e Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 1
Transcript
Page 1: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1 DIMENZOVÁNÍ ASYNCHRONNÍHO MOTORU PRO NAPÁJENÍ Z FREKVEN NÍHO M NI E

1.1 Úvod Pro asynchronní motor platí:

fUM

2

2

fUMMAX

Z uvedených výraz vyplývá, že frekven ní m ni ídíme tak, aby pom r výstupního nap tí kekmito tu byl konstantní. To je však technicky možné pouze do tzv. bodu odbuzení, kdy je dosaženojmenovité výstupní nap tí rovné nap tí sít . P i dalším zvyšování kmito tu již z stává výstupní nap tíkonstantní. Proto dochází k odbuzování motoru. Bod odbuzení lze u v tšiny frekven ních m nipodle pot eby m nit. Tato funkce se však p íliš nevyužívá, protože vyžaduje specieln navržený motor se jmenovitým pracovním bodem nap . 400 V / 56 Hz. Za bodem odbuzení platí:

fffM N 1

22

2 1ff

fM NMAX

Obr. 1 Momentové k ivky asynchronního motoru p i napájení z frekven ního m ni e

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 1

Page 2: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Pro názornost porovnejme pr b hy charakteristických veli in frekven ního m ni e a motoru. Výstupníproud frekven ního m ni e je omezen pouze jmenovitou hodnotou proudu použité polovodi ovésou ástky. V . je znázorn na pouze jeho maximální dovolená trvalá hodnota. Jeho skute návelikost závisí na velikosti odebíraného výkonu a výstupního nap tí p i daném kmito tu.

Obr. 2

Obr. 2 Pr b hy charakteristických veli in frekven ního m ni e

Obr. 3 Pr b hy charakteristických veli in asynchronního motoru

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 2

Page 3: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.2 Zatížitelnost motoru p i prom nných otá káchP i návrhu regulovaného pohonu se musí vždy respektovat tepelná kapacita motoru.

Standardní asynchronní motor má „vlastní chlazení “ pomocí ventilátoru umíst ného na h ídeli motoru.S klesajícími otá kami klesá p ímo úm rn množství chladicího vzduchu, motor se mén (h ) chladía v d sledku toho se v celém regula ním rozsahu 0 – fN m ní jeho momentová zatížitelnost.

Naopak motor s „cizím chlazením “ pomocí externího ventilátoru lze zat žovat v celém regula nímrozsahu 0 – fN konstantním momentem.

Nad bodem odbuzení není již zatížitelnost motoru omezena chlazením motoru, ale poklesemmomentu v d sledku odbuzování. Typický pr b h zat žovacího diagramu viz. Obr. 4.

Je t eba si uv domit, že p i odbuzování klesá moment zvratu s druhou mocninou (1/f)2, kdežtojmenovitý moment s první (1/f). Logicky proto p i p ekro ení mezní frekvence musí dojít k v tší redukcizatížení, tak aby byl zachovaný dostate ný odstup mezi jmenovitým momentem a momentem zvratu.

Obvykle se požaduje odstup 40 % pro stacionární stavy a 20 % dynamické.

Obr. 4 Zat žovací diagram asynchronního motoru p i napájení z frekven ního m ni e

1.2.1 Posunutí bodu odbuzení Výjimku tvo í asynchronní motory které mají p i standardním sí ovém provozu vinutí spojené dohv zdy (Y). P epojením vinutí do trojúhelníka, p i zachovaném nap tí sít , se zv tší fázové nap tí oodmocninu ze t í. P i zachování požadavku na konstantní magnetický tok, je d sledkem zv tšení

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 3

Page 4: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

oblasti chodu s konstantním magnetickým tokem stejným zp sobem, tj. do .8750.3 Hz P estožes r stem frekvence dojde ke zv tšení ztrát v železe, jehož d sledkem je díl í redukce výkonu, inízvýšení výkonu p i 87 Hz proti výkonu p i 50 Hz ca. 60 %. Zkušenosti ukazují, že p i chodu s frekvencínad 50 Hz nemá na tepelnou kapacitu motoru významný vliv, zda má motor vlastní nebo cizí ventilaci.Poznamenejme, že tento zp sob p epojení vinutí nelze v praxi p íliš asto využít, protože naprostáv tšina motor má pro sí ový provoz vinutí spojené do trojúhelníka vzhledem k požadavku namožnost omezení záb rného proudu p i rozb hu p epínáním vinutí hv zda - trojúhelník.

1.3 Proud asynchronního motoru Proud asynchronního motoru má dv složky innou (I1Q)a jalovou (I1D). Jalová složka vytvá ímagnetický tok, inná to ivý moment. Platí:

2

1

2

11 QD III

1.3.1 Oblast s konstantním magnetickým tokem ( 0 – fN ) Pro výpo et jednotlivých složek statorového proudu lze používat následující p ibližné výrazy:

222

1 1.cossin.N

ZAT

N

MAX

N

MAXNNND M

MMM

MMII

N

N

ZATNQ MMII cos..1

Ve v tšin p ípad není t eba používat takto složité výrazy. Pro oblast zatížení definovanou hranicemi:

MAXZATN MMM .7,08,0

lze s velmi dobrou shodou použít výraz:

N

N

ZAT IMMI .1

Pozn.: Tento výraz lze použít i pro p epo et proudu motor napájených p ímo ze sít v závislosti na zatížení. Z omezujících podmínek je sou asn z ejmé, v jakém rozmezí zatížení lze tento p epo etpoužít.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 4

Page 5: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.3.2 Oblast nad bodem odbuzení (fN - fMAX)Pro výpo et jednotlivých složek statorového proudu platí následující p ibližné výrazy:

222

1 .cos1.cossin..NN

ZATN

N

MAXN

N

MAXNN

NND n

nMM

nn

MM

MM

nnII

N

N

ZATNN

NN

ZATNQ P

PInn

MMII cos..cos...1

Ve v tšin p ípad není t eba používat takto složité výrazy. Pro oblast zatížení definovanou hranicemi:

MAXN

ZATNN M

nnMM

nn ..7,0..8,0

2

nebo

MAXN

ZATN PnnPP ..7,0.8,0

lze s velmi dobrou shodou použít výraz:

N

N

ZATN

N

N

ZAT IPPI

nn

MMI ...1

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 5

Page 6: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.4 Postup p i výb ru asynchronního motoru pro regulovaný pohon

Výchozí údaje:- nap tí napájecí sít- pr b h protimomentu resp. výkonu požadovaného na h ídeli motoru v závislosti na otá kách- regula ní rozsah nMIN ÷ nMAX,

tím je definovaný moment MMAX a výkon PMAX p i maximálních otá kách nMAX.

Postup:1. Volba po tu pól motoru.

Pohony s kvadratickým pr b hem protomomentu.Pokud je bod nMAX výrazn vzdálený od synchronních otá ek, je z hlediska dimenzovánífrekven ního m ni e ekonomi t jší, aby byl bod nMAX v oblasti za bodem odbuzení. Motorodebírá menší proud, frekven ní m ni je menší.Pohony s konstantním pr b hem protomomentu.Doporu uje se, aby pokud možno jmenovité otá ky motoru nN p i 50 Hz ležely ve st eduregula ního rozsahu.

2. Ze zat žovacího diagramu se pro zvolený po et pól ode te dovolená zatížitelnost z pro nMAX.

3. Provede se p epo et momentu resp. výkonu na jmenovité otá ky nN p i 50 Hz.

zPP MAX

N nebo

9550. NN

NMAX

N

nMPz

MM

4. Z typové ady se vybere motor o typovém výkonu nejbližším vyšším.

5. U zát ží s konstantním pr b hem protimomentu se provede kontrola záb rného aurychlujícího momentu. Musí platit:

NZÁBMM

NDYNZAT MMM kde je JtnM

R

MAXDYN ..

602

P ípadn se ešením pohybové rovnice zkontroluje dynamika pohonu tj. požadovanézrychlování a zpomalování pohonu.

6. Provede se výpo et proudu motoru v horním mezním pracovním bod regula ního rozsahunMAX, PMAX. Podle tohoto proudu se následn zvolí frekven ní m ni .

V oblasti 10 ÷ 50 Hz použijeme výraz:

N

N

ZAT IMMI .1

V oblasti nad bodem odbuzení použijeme výraz:

N

N

ZATN

N

N

ZAT IPPI

nn

MMI ...1

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 6

Page 7: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.5 Zát ž s kvadratickým pr b hem protimomentu

Návrh regulovaného pohonu odst edivého erpadla

Zadání: výkon PMAX = 150 kW p i nMAX = 2000 ot/minrozsah regulace 200 – 2000 ot/min

nap tí 400 V

Výpo et:

NmnPM

MAX

MAXMAX 716

2000150.9550.9550

Dimenzování motoru: Alternativn lze použít 2-pólový nebo 4-pólový motor pracující za bodem odbuzení. Do zat žovacíhodiagramu vyneseme pr b h protimomentu pro ob alternativy a ode teme zat žovatel z.

2-pólový motor 4-pólový motor95.0z 75.0z

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 7

Page 8: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

2-pólový motor 4-pólový motor

95.0z 75.0zMinimální moment p i jmenovitých otá kách motoru

Nmz

MM MAXN 754

95.0716 NmMN 955

75.0716

Minimální výkon p i jmenovitých otá kách motoru

kWnMP SNN 237

95503000.754

9550. kWPN 150

95501500.955

Volba motoru 400 V, 50 Hz:

250 kW, 431 A, 2975 ot/min 160 kW, 305 A, 1480 ot/min

Velikosti:

315MD – 160 kW 315MD – 160 kW315L B – 200 kW 315L B – 200 kW

355MB – 250 kW 355MB – 250 kW

Jmenovitý moment zvoleného motoru:

Nmn

PMN

NN 803

29759550.2509550. NmMN 1032

14809550.160

Proud 2- pólového motoru p i nMAX:

AIMMI N

N

MAX 384431.803716. 11

Proud 4- pólového motoru nMAX:

!!!!286305.160150. 11 AI

PP

I N

N

MAX

Volba frekven ního m ni e 400 V:

pro 2p = 2 In FM = 395 A 225 kW

pro 2p = 4 In FM = 300 A 170 kW

varianta s dvoupólovým motorem - dražší motor i FM !!!!

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 8

Page 9: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Obr. 5 Porovnání pracovních oblastí regulovaného pohonu s 2pólovým a 4pólovým motorem. Zát ž s kvadratickým pr b hem protimomentu

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 9

Page 10: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.6 Zát ž s konstantním pr b hem protimomentu

Návrh regulovaného pohonu plunžrového erpadla

Zadání: výkon PMAX = 48 kW p i nMAX = 1200 ot/minrozsah regulace 300 – 1200 ot/min

pot ebný moment pro utržení z klidového stavu 200 Nm

Výpo et:

NmnPM

MAX

MAXMAX 382

120048.9550.9550

Dimenzování motoru: Alternativn lze použít 4-pólový(1) nebo 6-pólový(2) motor pracující za bodem odbuzení. Dozat žovacího diagramu vyneseme pr b h protimomentu pro ob alternativy a ode teme zat žovatel z.

4-pólový motor 6-pólový motor8.0z 84.0z

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 10

Page 11: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

4-pólový motor 6-pólový motor

8.0z 84.0zMinimální moment p i jmenovitých otá kách motoru

Nmz

MM MAXN 478

8.0382 NmMN 455

84.0382

Minimální výkon p i jmenovitých otá kách motoru

kWnMP SNN 75

95501500.478

9550. kWPN 48

95501000.455

Volba motoru 400 V, 50 Hz:

75 kW, 146 A, 1473 ot/min 55 kW, 110 A, 984 ot/min

Velikosti:

280SG – 75 kW 280SG – 45 kW

280SG – 90 kW 280MG – 55 kW

Jmenovitý moment zvoleného motoru:

Nmn

PMN

NN 486

14739550.759550. NmMN 534

9849550.55

Proud 4- pólového motoru p i maximálních otá kách nMAX:

AIMMI N

N

MAX 115146.486382. 11

Proud 6- pólového motoru p i maximálních otá kách nMAX:

AIPPI N

N

MAX 96110.5548. 11

Volba frekven ního m ni e 400 V:

pro 2p = 4 In FM = 147 A 85 kW p edchozí typ 112 A 63 kW

pro 2p = 6 In FM = 112 A 62 kW p edchozí typ 89 A 49 kW

Zkoumalo by se použití motoru 2p=4 s FM 112 A - tj. nakolik je zúžení regula ního rozsahu plynoucíz proudového omezení 112 A místo pot ebných 115 A podstatné.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 11

Page 12: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.7 Nap ové rezonance a p ípustné namáhání izolace vinutí. Izolace vinutí motoru je p i napájení z frekven ního m ni e podstatn víc namáhaná než p i napájenísinusovým nap tím z klasické sít . Charakter namáhání je ur ený typem použitého frekven níhom ni e. Ve své podstat namáhání vede k zrychlení procesu stárnutí izolace vinutí a k zkrácení její doby životnosti.

U staršího typu frekven ních m ni s proudovým meziobvodem je izolace namáhaná komuta nímišpi kami - viz. . Velikost komuta ního p ep tí závisí na konstrukci frekven ního m ni e, obvykláhodnota se pohybuje okolo 2.2 UN.

Obr. 6

Obr. 6 Typický pr b h nap tí na výstupu frekven ního m ni e s proudovým meziobvodem

U frekven ních m ni s nap ovým meziobvodem izolaci vinutí namáhá p edevším rychlé p epínánínap ových puls p i spínání jednotlivých pulz ší kové pulzní modulace (PWM) a s tím spojenénap ové rezonance. Každá náb žná hrana p i sepnutí nap ového pulsu vyvolá v p ívodním kabelunap ovou vlnu, která v d sledku nap ových rezonancí vede k podstatn v tším hodnotám nap tí na stupních svorkách motoru. Viz.Obr. 7, Obr. 9. v

Sou asn se vznikem p ep tí dojde k nelineárnímu rozd lení nap tí podél vinutí a d sledkem tohok dalšímu zvýšenému namáhání izolace. Mimo to svorkovnice motoru musí p i tomto zvýšenémnap tí, proti standardnímu stavu p i napájení ze sít , spl ovat požadavky na p eskokové nap tí a na

dolnost proti vzniku plíživých a plazivých proud .o

P ípustné namáhání izolace vinutí závisí na dob nár stu tA náb žné hrany nap ového pulsu.ukazuje pr b h p ípustného maximálního nap tí na svorkách NN motor se standardní izolací dleEC 34 - 17.

Obr. 8

I

Obecn : Velikost maximálního nap tí závisí na rychlosti nár stu náb žné hrany nap ového pulsu a délce motorového kabelu. Velikost tohoto nap tí lze omezit pomocí filtru umíst ného na výstupufrekven ního m ni e tvo eného tlumivkou – tzv. du/dt filtru. Velikost nap ových rezonancí závisísamoz ejm na konstrukci frekven ního m ni e. Již p i relativn krátkých délkách motorového kabelu(20 m) mohou bez výstupního du/dt filtru vznikat nep ípustn velká p ep tí, zatímco s výstupnímfiltrem jsou dostupné i délky okolo 300 m. Každý výrobce frekven ního m ni e udává dovolené délkymotorového kabelu s a bez výstupního du/dt filtru. du/dt filtr zárove podstatn omezuje možnostzniku ložiskových proud a vysokofrekven ní ztráty v motoru. v

Nap ové rezonance jsou sou asn doprovázené zvýšením výstupního proudu pot ebným pronabíjení parazitních kapacit motorového kabelu. Tento p ír stek je významný zejména u frekven níchm ni malých výkon v ádech stovek wat a jednotek kilowat .

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 12

Page 13: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Obr. 7 Typický pr b h nap ového pulsu na svorkách asynchronního motoru p i napájenéhoz frekven ního m ni e s nap ovým meziobvodem (frekven ní m ni bez du/dt filtru, délka kabelu 20 m)

Obr. 8 Pr b h p ípustného maximálního nap tí na svorkách NN motor se standardní izolací dle IEC 34 - 17. (ULL = maximální hodnota amplitudy sdruženého nap tí)

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 13

Page 14: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Obr. 9 Typické rozložení oblastí nap ových rezonancí p i použití frekven ního m ni e s a bezvýstupního filtru.

1.7.1 Kontrola velikosti p ep tí p i nap ových rezonancích.Kontrola je založena na tom, že se pro známou délku motorového kabelu z graf ode te velikostp ep tí a velikost gradientu rychlosti nár stu nap ového pulsu. Z ode tených hodnot se vypo te dobanár stu tA náb žné hrany nap ového pulsu. Maximální velikostí p ep tí dovolená výrobcem motoru pro stanovenou doba nár stu tA se pak porovná s ode tenou velikost p ep tí.

Vlastní postup:1. Pro zvolenou délku kabelu se z grafu ode te velikost p ep tí ULL/UN a velikost gradientu rychlosti

nár stu nap ového pulsu du/dt.2. Velikost doby nár stu tA se stanovuje pro 80 % ULL viz. . Platí:Obr. 8

kU

ttU

tUk

dtdu LL

A

A

LL .8,0.8,0

3. Stanovená velikost p ep tí na svorkách motoru musí být vždy nižší, než maximální velikostp ep tí povolená výrobcem p i vypo tené dob nár stu náb žné hrany nap ového pulsu tA.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 14

Page 15: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Obr. 10 Velikost p ep tí a gradient nár stu nap ového pulsu u frekven ního m ni e bez du/dt filtruv závislosti na délce motorového kabelu.

Obr. 11 Velikost p ep tí a gradient nár stu nap ového pulsu u frekven ního m ni e s du/dt filtremv závislosti na délce motorového kabelu.

Následující obrázky ukazují oblasti výskytu p ep tí na svorkách motoru p i výstupních nap tíchfrekven ního m ni e 400, 500 a 690 V a r zných délkách motorového kabelu p i použití du/dt filtru.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 15

Page 16: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Obr. 12 Vliv použití du/dt filtru na výstupu frekven ního m ni e na amplitudu nap ovýchrezonancí.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 16

Page 17: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Proto v tšina výrobc frekven ních m ni s ohledem na nap ové rezonance vlastní provedenívýstupu konkrétního typu frekven ního m ni e vydává doporu ení pro použití b žných NN motorv regulovaných pohonech. Typicky se doporu uje:- pro nap tí U 500 V - použití du/dt filtru;- pro motory s osovou výškou 280 mm a v tší izolované ložisko.

Nap . firma ABB doporu uje pro motory s p ímým ízením momentu (DTC) a délkou motorovéhokabelu do 300 m :

Nap tí PN 100 kW PN 100 kW nebo IEC 315 PN 350 kW nebo IEC 400 UN 500 V standardní motor standardní motor standardní motor

+ izolované ložisko + izolované ložisko + common mode filter

UN 600 V standardní motor standardní motor standardní motor+ du/dt filter + izolované ložisko + izolované ložisko nebo + du/dt filter + du/dt filter se zesílenou izolací nebo + light common mode filter

se zesílenou izolací nebo+ izolované ložisko se zesílenou izolací

+ du/dt filter + common mode filte

UN 690 V zesílenou izolaci zesílenou izolaci zesílenou izolaci + du/dt filter + izolované ložisko + izolované ložisko

+ du/dt filter + du/dt filter+ lihght common mode filter

Pro frekven ní m ni e 400 V malých výkon se skalárním ízením pro omezení proud pro nabíjeníparazitních kapacit ABB doporu uje:

Výkon FM Délka kabelu bez du/dt filtru Délka kabelu s du/dt filtrem 0.37 ÷ 0.55 kW 50 m 75 m 0.75 ÷ 2.2 kW 75 m 110 m 2.2 ÷ 4.0 kW 100 m 100 m 5.5 ÷ 15 kW 200 m 250 m 18.5 ÷ 30 kW 200 m 300 m

1.8 P etížitelnost regulovaných pohon .P etížení pohonu je spojené s proudovým nár stem odebíraného proudu. K tomu aby bylo možnép et žovat motor musí mít frekven ní m ni dostate nou proudovou rezervu. Pro obvyklé provoznírežimy platí do p etížení do 1.5 MN lineární závislost mezi proudem a zatížením viz. d íve.

Krátkodobé p etížení každého motoru je p ípustné závisí však na: výchozím zatížení, velikostip etížení, délce trvání a teplot motoru na za átku p etížení.

P i kontrole motoru z hlediska p etížitelnosti musí být zachovaný dostate ný odstup mezi jmenovitýmmomentem a momentem zvratu. Obvykle se požaduje odstup 40 % pro stacionární stavy a 20 % dynamické.

Frekven ní m ni e mívají obvykle typové parametry udané pro 0, 10 % a 50% p etížitelnost v cyklu1/10 min. Pokud frekven ní m ni nespl uje požadavky na p etížitelnost, volí se frekven ní m ni o v tší typové velikosti.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 17

Page 18: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.9 Zvláštnosti návrhu motor pro pohony s frekven ními m ni i

1.9.1 P ídavné ztrátyV d sledku napájení motoru nesinusovým nap tím a proudem vznikají v motoru ztráty, které v motorup i napájení ze sít nejsou. Typickým p ípadem jsou ztráty v rotorových klecích pracujících na principuskinefektu – vírová klec, dvojitá klec. V d sledku nesinusového napájení se v magnetickém tokuobjevují vyšší harmonické, které pak i p i b žném chodu podporují vznik skinefektu a tím zvýšenéztráty v rotoru. P i objednání motoru od osové výšky 355 mm musí být vždy zadáno pro jaký druh provozu je motor ur ený.

Obr. 13 Princip vzniku p ídavných ztrát v rotoru asynchronního motoru s kotvou nakrátko.

1.9.2 H ídelové nap tí a ložiskové proudyH ídelové nap tí je nap tí m ené podél h ídele mezi ob ma ložiskovými uzly. Je vyvolané nesymetriímagnetického pole a je známe p edevším od VN motor velkých výkon . Toto nap tí je p í inouvzniku ložiskových proud , které se uzavírají cestou nejmenšího odporu p es h ídel stroje, ložiska akostrou stroje. P i p estoupení hodnoty 500 mV dochází k porušení olejového filmu v ložiscích. Za neprotékat ložiskový proud, jehož p ítomnost podstatn zkracuje životnost ložisek. P i napájeníasynchronního motoru z frekven ního m ni e je mechanismus vzniku h ídelového nap tí podstatnsložit jší – vedle nesymetrie magnetického toku, se projevuje vliv kapacitních vazeb uvnit motoru a „common mode voltage“.

Opat ení k omezení ložiskových proud :- vhodný typ ší kové pulzní modulace- prom nná taktovací frekvence- výstupní filtr- použití stín ného motorového kabelu- magnetická symetrie motoru - izolování ložiska na NDE stran (NON DRIVE END)

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 18

Page 19: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

1.9.3 Mezní a kritické otá kyU pohon s horní hranicí regula ního rozsahu nad 50 Hz se musí respektovat maximální otá kys ohledem na mechanické vlastnosti motoru – zejména obvodovou rychlost rotoru a z ní vyplývající odst edivé síly namáhající rotorovou klec. Podstatnou roli však hraje i zp sob vyvážení motoru a provedení ložiskových uzl , ventilátoru. U dvoupólových motor se mimo to musí respektovat 1. a 2. kritické otá ky. Dvoupólové motory od osové výšky 355 mm mají obvykle synchronní otá ky mezi 1. a 2. kritickými otá kami. V regula nímrozsahu se pak musí po ítat se zakázaným pásmem ve kterém vibrace motoru výrazn p ekro ípovolenou hodnotu – viz. Obr. 14.

Obr. 14 Kritické otá ky dvoupólového asynchronního motoru.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 19

Page 20: 14po2 pred 3 - motor.feld.cvut.czmotor.feld.cvut.cz/.../Prednaska_2_Dimenzovani_II.pdf · Logickyprotop i p ekroþení meznífrekvence musí dojít k v tší redukci zatížení,

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory s frekven ními m ni i. 20

2 LITERATURADer Drehstrommotor, Falk K. Hardware manual ACS600, ABB Dimensionierung eines Antriebssystems, Technische Anleitung Nr. 7, ABB Drehzahlverstellung von Asynchronmaschinen, Schörner J, Seifert D., Technische Schriften 4, Loher AG. Drehstrommaschienen für drehzahlverstellbare Antriebe, Technische Liste UN 03 de Interní materiály firem ELCOM a.s., Loher GmbH a ABB


Recommended