Выбор двигателей для частотно-регулируемого электропривода

Для правильного проектирования системы управления частотно­-регулируемого привода, необходимо учитывать специфику работы привода в целом. Основными задачами при выборе асинхронного двигателя с частотным управлением являются:

• Определение диапазона регулирования скорости;
• Построение нагрузочной диаграммы;
• Расчет допустимого длительного момента;
• Расчет максимального кратковременного момента в переходных режимах;
• Проверка по нагреву электродвигателя и преобразователя.

Важное значение имеют характеристики самого двигателя, которые должны отвечать общим техническим требованиям, предъявляемым к электрическим машинам. Эти характеристики тесно связаны со способами охлаждения двигателя, его нагревом и режимами работы.

Способы охлаждения асинхронного двигателя

В зависимости от наличия или отсутствия вентилятора различают:

1. Асинхронные двигатели с естественным охлаждением, которые не имеют специальных вентиляторов их обычно применяется для открытых машин;
2. Асинхронные двигатели с искусственным охлаждением, в таких машинах охлаждающий газ или жидкость прогоняется отдельным вентилятором. Они подразделяются на группы:

— Асинхронные двигатели с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу (защищенные или закрытые);

— Асинхронные двигатели с независимой вентиляцией, вентилятор которых приводится во вращение посторонним двигателем (обычно закрытые). Часто такие вентиляторы называются «наездниками»;

Поскольку при работе на скоростях ниже 0,5ω0 условия охлаждения двигателей с самовентиляцией ухудшаются, то это приводит к значительному уменьшению допустимого длительного момента.

Поэтому для частотно-регулируемого привода с постоянным моментом нагрузки предпочтительнее использовать двигатели с независимой вентиляцией.

Классы изоляции обмоток электродвигателей (нагревостойкости)

Электродвигатель в разрезе

Во время работы электродвигателей происходит их нагрев. Допустимый нагрев электрических двигателей зависит от класса изоляции обмоток. Нагрев электродвигателя является основным критерием выбора его мощности. Электродвигатель считается выбранным правильно, если он выполняет предназначенные ему функции и не перегревается, т.е. изоляция его обмоток выдерживает температуру нагрева, которая не превышает допустимого предела.

Этот предел зависит от срока службы машины и определяется классом изоляции обмоток (нагревостойкости)  электродвигателя.

Температурой окружающего воздуха, при которой электродвигатель может работать с номинальной мощностью, считается 40ºС. При повышении температуры окружающего воздуха более 40ºС, нагрузка на электродвигатель должна быть снижена настолько, чтобы температура отдельных его частей не превышала допустимых значений.

Предельные допустимые превышения температуры активных частей электродвигателей (при температуре окружающей среды 40ºС и высоте над уровнем моря не более 1000 м):

• Класс Y: допустимая температура нагрева до 90°C.
• Класс A: допустимая температура нагрева до 105°C.
• Класс E: допустимая температура нагрева до 120°C.
• Класс B: допустимая температура нагрева до 130°C.
• Класс F: допустимая температура нагрева до 130°C.
• Класс H: допустимая температура нагрева до 180°C.
• Класс C: допустимая температура нагрева свыше 180°C

В таблице приведены в качестве примера предельно допускаемые превышения температуры Tmax для отдельных частей электрических машин общего применения (О) и тяговых (Т) при продолжительном режиме работы при измерении температуры обмоток по методу сопротивления (т. е. по измерению сопротивления соответствующей обмотки в результате нагрева), а температуры коллектора и контактных колец —с помощью термометров. Эти данные соответствуют температуре окружающей среды +40 °С для машин О и +25 °С для машин Т.

Если температура окружающей среды больше или меньше +40 или +25 °С, то стандарт разрешает определенные изменения допустимых превышений температур. При работе машины в горных местностях, где из-за понижения атмосферного давления ухудшается теплоотдача, стандарт предусматривает некоторое уменьшение допустимых превышений температуры.

У асинхронных двигателей, вместе с уменьшением напряжения питающей сети, в  квадрате уменьшается мощность на валу двигателя. Кроме того, уменьшение напряжения ниже 95% от номинального приводит к значительному росту тока двигателя и нагреву обмоток.

Рост напряжения выше 110% от номинального также ведет к росту тока в обмотках двигателя, увеличивается нагрев статора за счет вихревых токов.

Каждое превышение допустимой температуры обмоток на 10°С может сократить срок службы изоляции вдвое. Это иллюстрирует номограмма, приведенная ниже.

Чем выше класс изоляции, тем интенсивнее использование электродвигателя по нагреву и тем меньше его размеры при той же мощности. В настоящее время в электрических машинах применяются изоляционные материалы классов Е, В и F. Материалы класса Н используются значительно реже.

Как правило, для частотно-регулируемого электропривода рекомендуется применять электродвигатели с изоляцией класса  F.

По теме

АСУТП и электропривод. Статьи