+7 (495) 786-21-00


	/articles/electric motor selection/

Как подобрать электродвигатель?

Как подобрать электродвигатель, адаптированный для частотно-регулируемого управления (часть 1)

Внедрение частотно-регулированного привода приобретает всё большие масштабы. Помимо возможности изменения скорости в широком диапазоне, сглаживания ударных нагрузок и увеличения срока службы оборудования, преобразователи частоты позволяют в ряде применений получить значительное сбережение энергии, а значит, сократить издержки бизнеса.

В случае внедрения частотно-регулируемого привода всегда встаёт вопрос по оптимизации подбора электромотора: должен ли он обладать особенностями?

Специалисты по электроприводу единодушны в том, что для работы с преобразователем частоты нужны специальные электродвигатели. Причём, поскольку внедрение частотно-регулируемого управления концептуально идёт по нескольким направлениям, универсальных решений не существует.

Так, даже в рамках одной станкостроительной отрасли требования к главному приводу и приводам подач существенно различаются: в одном случае требуется как можно более широкая зона постоянства мощности, в другом – момента.

В чём же всё-таки специфика двигателей, характерная для конкретных применений?

На что специалистам стоит обратить внимание и как оптимизировать выбор привода?

Задача данной статьи – помочь разобраться в поставленных вопросах и сориентировать в решениях, которые способна предоставить компания «НТЦ Приводная Техника».

Ниже приведены общие закономерности, выявленные специалистами компании в результате изучения соответствующей литературы, более чем 15-летним опытом работы на рынке промышленного привода и собственных лабораторных исследований.

 

6 особенностей электродвигателей для частотно-регулированного управления

1.  Охлаждение

Общепромышленные асинхронные электродвигатели, предназначенные для прямого пуска от сети с частотой 50 Гц и постоянного режима работы S1, оснащены по умолчанию вентилятором на валу двигателя, для кратковременного S2 и повторно-кратковременного S3 поставляются без такового, поскольку подразумевается достаточность самоохлаждения через корпус.

Наличие частотного преобразователя предполагает работу на частотах, отличных от 50 Гц в меньшую или большую сторону.

На графике ниже представлена иллюстрация критерия выбора типа вентилятора.

По горизонтальной оси показана частота тока питающей сети, по вертикальной – нагруженность привода: отношение момента нагрузки к номинальному моменту двигателя.

TABLE.png

Первая зона характерна для цикличной нагрузки, момент которой кратковременно превышает номинальный момент двигателя. В зависимости от величины паузы между циклами может быть достаточно самоохлаждения через корпус, а может потребоваться независимое воздушное или водяное охлаждение.

Во второй зоне подразумевается длительная работа достаточно нагруженного привода на частотах вращения ниже номинальной. В данном случае штатный вентилятор на валу двигателя из-за низкой скорости не успевает охладить двигатель до рабочей температуры и происходит аварийное отключение.

Во избежание описанной проблемы устанавливается вентилятор с собственным приводом, скорость которого не зависит от скорости мотора.

Работа в третьей зоне характерна для приводов, или существенно недогруженных, или работающих на скоростях выше номинальной. В этом случае штатный вентилятор на валу двигателя успевает охлаждать до нужной температуры.

Существуют приводные механизмы, требующие в длительном режиме достигать скорости, более чем двукратно превосходящую номинальную.

В таких случаях вентилятор, вращающийся со скоростью вала двигателя, будет создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление, ухудшающее эксплуатационные свойства двигателя.

Как следствие, в таких приводах также используется независимый вентилятор, скорость вращения которого постоянна.

Это особенно характерно для главных приводов металлорежущих станков и для задач по замене приводов постоянного тока.

 

2. Подшипники

В случае требований к повышенной частоте вращения двигателя возникают две разнородные проблемы:

- обычно ресурс стандартных серий подшипников, которыми комплектуются двигатели, рассчитывается при скоростях не более 2800 об/мин, следовательно, при необходимости достижения больших ставятся нестандартные,

- на повышенных частотах тока (!) возникает паразитный продольный контур вихревых токов, что может привести к перегреву подшипников, выборке зазора и заклиниванию,

в таких случаях используются подшипники с дополнительным изолирующим элементом.

 

3. Номинальное напряжение двигателя

При повышенных требованиях к зоне постоянства мощности двигателю может не хватать напряжения на выходе ПЧ.

В этих случаях обмотки двигателя при 50 Гц рассчитываются на нестандартное напряжение, например, 360 В.

 

4. Синусоидальность напряжения и тока двигателя

Поскольку выходной сигнал преобразователя частоты представляет собой широтно-импульсно-моделированную (ШИМ) последовательность меандров (импульсов), а стандартный двигатель рассчитан на синусоидальные законы изменения напряжения и тока, на низких частотах может возникнуть «эффект шагания», который заключается в заметных пульсациях момента и скорости.

В адаптированных двигателях для борьбы с упомянутым нежелательным явлением используется укороченный шаг обмотки.

 

5. Изоляция обмоток двигателя

По причине волновых переходных процессов, вызванных ШИМ-модуляцией, обмотки двигателя при работе с ПЧ подвергаются импульсным скачкам напряжения и тока, что может вызвать в итоге перегрев и пробой изоляции.

Специалисты ПГ «Приводная Техника» не рекомендуют использовать двигатели с классом изоляции обмоток менее F.

 

6. Балансировка и вибрации

На высоких скоростях вращения возможны, во-первых, механический контакт ротора и статора, во-вторых, вибрации аэродинамической природы, во избежание чего осуществляется балансировка (по мере увеличения требуемой скорости) для обеспечения удовлетворения оборудования классам вибрации: N, R, S.

 

Во второй части нашей статьи читайте о вариантах электродвигателей, адаптированных для частотно-регулируемого управления, предоставляемых «НТЦ Приводная Техника».

Бренды